Biomechanische Evaluation von MPFL …...signifikant reduzierten patellofemoralen Anpressdruck...

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Aus der orthopädischen Klinik des

Universitätsklinikums des Saarlandes Klinikdirektor: Herr Prof. Dr. med. D. Kohn

Biomechanische Evaluation von MPFL-Rekonstruktionen:

Unterschiede der dynamischen retropatellaren Druckverteilung zwischen Gracilis- und Fascia lata-

Transplantat

Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin der Medizinischen Fakultät

der UNIVERSITÄT DES SAARLANDES 2017

Vorgelegt von:

Alexander Haupert geb. am 09.05.1988 in Neunkirchen (Saar)

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1. ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................................................... 5

1.1. Summary ................................................................................................................................................... 7

2. EINLEITUNG UND PROBLEMSTELLUNG .................................................................................................... 9

2.1. Anatomie und Pathophysiologie des medialen patellofemoralen Ligamentes ...................................... 12

2.2. Anatomie und Pathophysiologie des Patellofemoralgelenkes ............................................................... 14

2.3. Pathogenese der patellofemoralen Instabilität ...................................................................................... 17

2.4. Anamnese ............................................................................................................................................... 20

2.5. Klinische Untersuchung .......................................................................................................................... 21

2.6. Radiologische Untersuchung .................................................................................................................. 23

2.7. Therapiemöglichkeiten ........................................................................................................................... 25

2.8. Grundlagen der operativen Therapie ..................................................................................................... 26

3. MATERIAL UND METHODEN ................................................................................................................... 31

3.1. Kniepräparate und autologe Grafts zur Rekonstruktion des MPFL ........................................................ 31 3.1.1. Gracilis-Sehne .................................................................................................................................... 32 3.1.2. Fascia lata ........................................................................................................................................... 34

3.2. Kraft- und Druckmessung ....................................................................................................................... 37 3.2.1. Tekscan Druckmessfolie ..................................................................................................................... 37 3.2.2. I-Scan Version 5.90 zur Datenerfassung ............................................................................................ 39 3.2.3. SigmaStat Version 3.5 zur Datenkonversion ...................................................................................... 41

3.3. Versuchsaufbau ...................................................................................................................................... 42 3.3.1. Fixierung des Kniegelenkes zur Messung der Kniegelenkskinematik ................................................ 42 3.3.2. Fixierung der Druckmessfolie im patellofemoralen Gleitlager .......................................................... 46 3.3.3. Materialprüfmaschine Z020 ............................................................................................................... 48 3.3.4. Validierung des digitalen Winkelmessgerätes ................................................................................... 50 3.3.5. Röntgenkontrolle mittels Merchant-Aufnahme ................................................................................ 52 3.3.6. Röntgenkontrolle während Rekonstruktion mittels C-Bogen ............................................................ 55 3.3.7. Aufbau für zyklische Belastung mittels Materialprüfmaschine ......................................................... 57

3.4. Versuchsdurchführung ........................................................................................................................... 58 3.4.1. Kalibrierung und Einstellungen .......................................................................................................... 58 3.4.2. Versuchsablauf ................................................................................................................................... 59 3.4.3. zyklische Belastung der Grafts ........................................................................................................... 69 3.4.4. Statistische Auswertung ..................................................................................................................... 71

4. ERGEBNISSE ............................................................................................................................................ 72

4.1. Kraft- und Druckmessung Versuch 1-8 (GRACILIS-SEHNE) ................................................................. 72

4.2. Kraft- und Druckmessung Versuch 9-16 (FASCIA LATA) ..................................................................... 79

4.3. Vergleich Gracilis-Sehne und Fascia lata ............................................................................................ 88

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4.4. Zyklische Belastung aller Versuche ......................................................................................................... 95 4.4.1. Zyklische Belastung Gracilis-Sehne .................................................................................................... 96 4.4.2. Zyklische Belastung Fascia lata .......................................................................................................... 97 4.4.3. Vergleich der zyklischen Belastung zwischen Gracilis-Sehne und Fascia lata .................................... 98

4.5. Radiologische Ergebnisse ..................................................................................................................... 100

5. DISKUSSION .......................................................................................................................................... 103

5.1. Ausblick ................................................................................................................................................. 111

6. LITERATURVERZEICHNIS ....................................................................................................................... 112

7. PUBLIKATIONEN, AUSZEICHNUNGEN, DANKSAGUNG .......................................................................... 120

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ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS

cm Zentimeter CT Computertomographie i.a. intra-artikulär kPa kilo-Pascal mm Millimeter MPFL Mediales patellofemorales Ligament MRT Magnetresonanztomographie N Newton UFL Maximale Ausreißkraft („ultimate failure load“)

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1. ZUSAMMENFASSUNG

Ziel dieser Arbeit war die Evaluation des dynamischen patellofemoralen Anpressdruckes

unter Verwendung der Gracilis-Sehne und der Fascia lata als alternatives Transplantat zur

MPFL-Rekonstruktion bei intaktem, reseziertem und rekonstruiertem medialem

patellofemoralem Ligament. Weiterhin wurden Auswirkungen des resezierten und

rekonstruierten MPFL auf den patellaren Tilt und –Shift im Vergleich zum intakten

Kniegelenk radiologisch festgestellt. Die Belastbarkeit der gesamten MPFL-Rekonstruktion

mit dem jeweiligen Transplantat wurde abschließend mittels einer Materialprüfmaschine

untersucht und die biomechanischen Eigenschaften der Transplantate hinsichtlich Stabilität

und Reißfestigkeit unter zyklischer Belastung verglichen.

Um die Versuche durchzuführen, wurden acht gepaarte menschliche Kniepräparate in einer

Vorrichtung zur Evaluation der Kniekinematik fixiert. Der patellofemorale Anpressdruck

wurde während einer dynamischen Flexionsbewegung bei 15°–30°–45°–60°–75° und 90°

mittels einer Sensorfolie (Tek-Scan) aufgezeichnet. Das mediale patellofemorale Ligament

wurde reseziert und die Messungen wurden wiederholt. Schließlich folgte die

Rekonstruktion des MPFL unter Verwendung der Gracilis-Sehne (Gruppe I) oder des Fascia

lata-Transplantates (Gruppe II). Die ossären femoralen und patellaren Fixierungspunkte der

Grafts wurden unter fluoroskopischer Kontrolle aufgesucht. Die Transplantate wurden bei

30° Flexion des Kniegelenkes fixiert und die Messungen nach Rekonstruktion wiederholt.

Darüber hinaus wurde mittels einer axialen Röntgenaufnahme der patellare Tilt und –Shift

im nativen, MPFL-resezierten und MPFL-rekonstruierten Knie gemessen. Nach Abschluss der

Versuchsdurchführung wurden die Transplantate in einer Materialprüfmaschine befestigt

und sowohl die Elongation unter zyklischer Belastung als auch die maximale Versagenslast

der Transplantate evaluiert.

Als Ergebnis zeigte die Resektion des medialen patellofemoralen Ligamentes einen

signifikant reduzierten patellofemoralen Anpressdruck medialseitig bei 15°, 30°, und 45°

Flexion im Kniegelenk verglichen mit dem intakten Knie (p < 0,05), wohingegen die

Rekonstruktion des MPFL sowohl unter Verwendung der Gracilis-Sehne als auch der Fascia

lata zu einer Wiederherstellung der ursprünglichen Druckverteilung bei 15° und 30° Flexion

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führte. Jedoch fand man in der Gracilis-Gruppe nach Rekonstruktion des MPFL signifikant

reduzierte Anpressdrücke an der gesamten Patellrückfläche während einer Flexion von 45°

im Vergleich zum intakten Kniegelenk. In der Facia lata Gruppe wurde diese Reduzierung des

patellaren Anpressdruckes nach MPFL-Rekonstruktion bei 45°, 60°, 75° und 90° festgestellt

(p < 0,05).

Radiologisch führte die Resektion des MPFL zu einer signifikanten Lateralisierung der Patella

auf der axialen Röntgenaufnahme (p = 0,039), wohingegen die Rekonstruktion des MPFL mit

beiden Transplantat-Varianten dazu führte, dass die ursprüngliche Position der Patella

nahezu wiederhergestellt wurde. Bei Evaluation des patellaren Öffnungswinkels nach Laurin

wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen intaktem, reseziertem und

rekonstruiertem MPFL gefunden (p > 0,05).

Eine durchschnittliche Elongation von 2,92 mm und 11,02 mm wurde bei zyklischer

Belastung für die Gracilis-Sehne bei 20 N und 50 N Zugkraft gefunden. Für die Fascia lata

wurde bei gleicher Zugkraft eine Elongation von 3,2 mm und 12,9 mm detektiert. Eine

ultimative Versagenslast wurde für die Gracilis-Sehne bei 78,5 N aufgezeichnet, wohingegen

die Versagenslast der Fascia-lata Transplantate bei durchschnittlich 92,17 N lag. Der

Vergleich dieser biomechanischen Eigenschaften der getesteten Transplantate zeigte keinen

statistisch signifikanten Unterschied sowohl die bei zyklischer Belastung aufgetretene

Elongation als auch die Versagenslast betreffend (p > 0,05).

Zusammenfassend zeigte die anatomische Rekonstruktion des MPFL sowohl unter

Verwendung des Gracilis-Transplantates, als auch der Fascia lata vergleichbare

patellofemorale Druckverteilungen, welche den ursprünglichen Zustand des nativen Knies

annähernd wiederherstellte. Ebenfalls wurden ähnliche biomechanische Eigenschaften der

Transplantate und eine radiologisch vergleichbare Patella-Position in der Trochlea femoris

aufgezeichnet. Das Fascia lata Transplantat zeigte sich als eine wertvolle Alternative zur

Gracilis-Sehne im Hinblick auf die anatomische Rekonstruktion des MPFL.

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1.1. Summary

The purpose of the present work was to evaluate the dynamic patellofemoral contact

pressure using the gracilis tendon and the fascia lata as an alternative graft option for

reconstruction of the MPFL with an intact, MPFL-ruptured and MPFL-reconstructed knee.

Furthermore, influences of the ruptured and reconstructed MPFL on patellar tilt and –shift

were radiologically detected. The toughness of the complete MPFL-reconstruction using

each of the grafts was finally evaluated with a material testing machine and the stiffness and

stability of the grafts were analyzed during cyclic testing.

Eight paired human cadaveric knees were fixed in a custom-made fixation device.

Patellofemoral contact pressure was assessed during a dynamic flexion movement at 15°–

30°–45°–60°–75° and 90° using a pressure-sensitive film (Tekscan). The medial

patellofemoral ligament was cut, and measurements were repeated. Finally, reconstruction

of the MPFL was performed using the gracilis tendon (group I) or a fascia lata graft (group II).

Tunnel localization was performed under fluoroscopic control. Grafts were fixed at 30° of

knee flexion, and pressure measurements were repeated. Moreover, radiological

measurements were performed on an axial view in the native, MPFL-resected and MPFL-

reconstructed status. After completing the tests, the transplants were fixed in a material

testing machine to evaluate the elongation during cylcic testing and the ultimate failure load

of each of the grafts.

As a result, the incision of the medial patellofemoral ligament significantly reduced

patellofemoral contact pressure at 15°, 30° and 45° of knee flexion on the medial side

compared to the intact knee (p < 0.05), whereas reconstruction of the MPFL using either

gracilis tendon of the fascia lata was able to restore pressure distributions at 15° and 30° of

knee flexion. However, in the gracilis group, reconstruction of the MPFL revealed a

significantly reduced contact pressure on the total retropatellar surface at 45° of flexion (p =

0.038) compared to the intact knee. In the fascia lata group, a significant reduction in

patellofemoral contact pressure was observed after MPFL reconstruction at 45°, 60°, 75° and

90° of knee flexion (p < 0.05).

Resection of the MPFL led to a significant lateralization of the patella on axial view (p =

0.039), whereas MPFL reconstruction with using either the gracilis tendon or the fascia lata

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was able to restore patella position compared to the intact knee (p > 0.05). No significant

differences in the Laurin angle were found between the intact, MPFL - resected and MPFL -

reconstructed knee (p > 0.05).

A mean cyclic displacement of 2,92 mm and 11,02 mm were found for the gracilis tendon at

20 N and 50 N. A mean cyclic displacement of 3,2 mm and 12,9 mm were calculated for the

fascia lata. A mean ultimate failure load of 78,5 N was found for the gracilis and 92,17 N for

the fascia lata graft. Comparison of the biomechanical properties of the tested grafts

revealed no significant differences neither in cyclic displacement nor in ultimate failure load

(p > 0.05).

In conclusion, anatomic reconstruction of the MPFL with either a gracilis or a fascia lata graft

showed comparable patellofemoral pressure distributions which were closely restored

compared to the native knee. Also similar biomechanical properties and radiological

evaluated patellar positioning were detected. Therefore, the fascia lata has shown to be a

viable alternative to the gracilis tendon for reconstruction of the MPFL.

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2. EINLEITUNG UND PROBLEMSTELLUNG

Im Laufe der letzten Jahre wuchs das medizinische Wissen über die Biomechanik, die

Verletzungen und die daraus resultierenden Behandlungsverfahren des

Patellofemoralgelenkes. Aufgrund verbesserter und computergestützter Technik konnten

diverse biomechanische Studien den Pathomechanismus der patellofemoralen Instabilität

genauer untersuchen. Die durch diese Analysen gewonnene Erfahrung half bei der

Entwicklung neuer Operationstechniken zur Behandlung der patellofemoralen Instabilität.

Der Begriff „patellofemorale Instabilität“ beinhaltet die Krankheitsbilder der Patellaluxation,

Patellasubluxation und der generellen patellofemoralen Instabilität (Aglietti P, Buzzi R, Insall

J, 2001). Die Inzidenz liegt bei ca. 7-49 / 100.000 Einwohnern (Atkin DM, 2000; Nietosvaara

Y, 1994). Die traumatische Patellaluxation ist dabei mit 2-3% aller Knieverletzungen die

zweithäufigste Ursache für einen Hämarthros des Kniegelenkes im Kindesalter (Stefancin CC,

2007; Morrison, 1969; Fithian DC, 2004). Junge Sportlerinnen sind hierbei häufiger betroffen

im Vergleich zu männlichen Sportlern (Kasim N, 2000). Annähernd alle Patellaluxationen

finden auf der lateralen Seite des Knies statt (Hughston JC, 1988). Sofern die Patienten unter

rezidivierenden Patellaluxationen leiden, sind oftmals Knorpelschäden und im weiteren

Verlauf die femoropatellare Arthrose die Konsequenz (Maenpaa H, 1997). Zur

Wiederherstellung der subjektiven und funktionellen Stabilität der Patella und um

potentielle cartilaginäre Langzeitschäden zu vermeiden, werden diese Patienten nach

frustraner konservativer Therapie einer operativen Therapie unterzogen. In der Literatur

finden sich diesbezüglich verschiedene Therapieoptionen zur Behandlung der chronisch-

rezidivierenden Patellaluxationen.

Es wird grundsätzlich zwischen distalen, proximalen oder weichteiligen Ursachen der

Patellaluxation unterschieden. Daher müssen entsprechende operative Eingriffe die

verschiedenen multifaktoriellen Ursachen der Patellainstabilität berücksichtigen. Sollte eine

ausgeprägte Dysplasie des patellofemoralen Gleitlagers vorliegen, ist beispielsweise eine

Stabilität unter Umständen nur durch eine Korrektur desselben zu erreichen. Liegt die

Ursache in einem Rotationsfehler des Femurs oder der Tibia, sind ggf. Derotations-

Osteotomien der Tibia bzw. des Femurs indiziert. Andere gängige Operationsverfahren sind

die Medialisierung der Tuberositas tibiae mit oder ohne Durchtrennung oder Verlängerung

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des lateralen Retinakulums (Retinakulumplastik) sowie Versetzung des Musculus vastus

medialis am medialen patellofemoralen Komplex (Lenschow S, 2013).

Neben diesen Behandlungsoptionen hat in den letzten Jahren zunehmend die

Rekonstruktion des medialen patellofemoralen Ligamentes (MPFL) mittels autologer

Transplantate (Semitendinosus-Sehne, Gracilis-Sehne, Quadrizepssehnenplastik) an

Bedeutung zugenommen. Das MPFL wird bei mehr als 90% aller Patienten bei der ersten

traumatischen Patellaluxation geschädigt, meistens ist eine Totalruptur die Folge (Ahmad CS,

2000; Sallay PI, 1996; Tuxoe JI, 2002; Nomura E, 2002). Da das MPFL eine wichtige Rolle bei

der Stabilisierung der Patella in extensionsnaher Position im Kniegelenk einnimmt (etwa 60%

der Rückstellkräfte gegen eine laterale Subluxation werden dem MPFL zugeschrieben), liegt

es nahe, zur Wiederherstellung der Kniegelenkskinematik das MPFL zu rekonstruieren. Mit

der Rekonstruktion des MPFL konnten in der Behandlung der patellofemoralen Instabilität

bereits gute klinische Ergebnisse erzielt werden (Ahmad CS, 2000; Nomura, 1999; Sanders

TG, 2001; Sallay PI, 1996; Nomura E, 2002; LeGrand AB, 2007).

In der Literatur wurden diverse Techniken zur Rekonstruktion des MPFL mittels

verschiedener Transplantate und Fixationstechniken publiziert, welche zu einem guten

postoperativen Outcome führten, einschließlich einer exzellenten Schmerzreduktion, einer

hohen Wiederkehr zu sportlichen Aktivitäten als auch einer geringen Redislokationsrate

(Nomura E, 2003; Kang H, 2016; Longo UG, 2016; Schneider DK, 2016; Kang HJ, 2014;

Berruto M, 2014; Lippacher S, 2014; Matic GT, 2014; Wang CH, 2013). Ein einheitlicher

Konsens über die „beste“ Rekonstruktionstechnik existiert jedoch noch nicht (Kang HJ,

2014).

Im Gegensatz zu diesen Resultaten steht jedoch eine in der Literatur beschriebene

persistierende Instabilitätsrate zwischen 10 und 12% (Lippacher S, 2014; Matic GT, 2014).

Weiterhin findet sich eine Komplikationsrate von 12 bis 26%, welche eine rezidivierende

Instabilität, ein patellofemorales Schmerzsyndrom medialseitig, Frakturen der Patella, als

auch eine eingeschränkte Knieflexion als häufigste Komplikationen einschließt (Parikh SN,

2013; Shah JN, 2012; Singhal R, 2013). Schlussfolgernd besteht die Möglichkeit, dass die

sogenannte anatomische MPFL-Rekonstruktion unter fluoroskopisch kontrollierter ossärer

Fixation der Transplantate am nativen Ursprung des MPFL den ursprünglichen Zustand,

verglichen mit einem gesunden Kniegelenk, nicht vollständig wiederherstellen kann. Ebenso

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kann die Wahl des Transplantates zur MPFL-Rekonstruktion Auswirkungen auf die

patellofemorale Kinematik haben. Wie bereits erwähnt stehen diverse Transplantate zur

Verfügung. Am häufigsten wird hierbei die Gracilis-Sehne in der Praxis genutzt (Kang HJ,

2014). Jedoch sind tubuläre Transplantate oftmals steifer und stärker im Durchmesser als

das native MPFL, was zu einer unterschiedlichen patellofemoralen Kinematik im Vergleich

zum intakten Knie führen kann (Zaffagnini S, 2014). Aus diesen Gründen könnte die Fascia

lata aufgrund ihrer natürlichen Beschaffenheit sowohl als Allo- als auch Autograft als gute

Alternative zu den gängigen Transplantaten für MPFL-Rekonstruktionen dienen (Zaffagnini S,

2014; Haupert A, 2015).

Der Zweck dieser Dissertation war es nun, die diversen, im patellofemoralen Gelenkspalt

auftretenden Druckverteilungen bei intaktem, reseziertem und rekonstruiertem MPFL

während einer dynamischen Flexion zu evaluieren. Hierbei wurde die Gracilis-Sehne der

Fascia lata als Autograft gegenübergestellt. Darüber hinaus wurde anhand axialer

Röntgenaufnahmen ebenfalls untersucht, in wie fern sich die Position der Patella hinsichtlich

der Lateralisation und der Verkippung in der Trochlea femoris nach MPFL-Resektion und –

Rekonstruktion ändert, im Vergleich zum Ursprungszustand. Die radiologischen

Unterschiede sollten hierbei eine Möglichkeit der Evaluation der Transplantatspannung

aufzeigen, sowohl intraoperativ während der MPFL-Rekonstruktion als auch postoperativ zur

Verlaufskontrolle. Schlussendlich wurden die biomechanischen Eigenschaften der

Transplantate mittels einer Materialprüfmaschine hinsichtlich ihrer Belastbarkeit untersucht.

Hierbei wurde hypothetisiert, dass die anatomische Rekonstruktion des MPFL mittels beider

Transplantatvarianten den nativen Zustand des Kniegelenks anhand der retropatellaren

Druckverteilungen nicht vollständig wiederherstellen kann. Weiterhin sollte gezeigt werden,

dass die Fascia lata als mögliches alternatives Transplantat dienen kann, um beispielsweise

die Gracilis-Sehnentransplantate für spätere Verletzungen wie z.B. eine Kreuzbandruptur

oder eine Revision zu sichern. Ebenfalls wurde hypothetisiert, dass mit nativ radiologischen

Standardprojektionen, wie z.B. einer Merchant-Aufnahme, auf eine Verletzung des MPFL

geschlossen werden kann. Schließlich wurde behauptet, dass die Transplantate hinsichtlich

ihrer biomechanischen Eigenschaften vergleichbar seien.

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2.1. Anatomie und Pathophysiologie des medialen patellofemoralen Ligamentes

Das mediale patellofemorale Ligament stellt einen der wichtigsten passiven Stabilisatoren

der patellaren Führung gegen laterale Translationskräfte in Extension und beginnender

Flexion bis ca. 30° dar (Amis AA, 2003). Warren und Marshall unterteilen die mediale

Anatomie des Kniegelenkes in drei Schichten (Warren LA, 1974):

- Schicht eins: Diese Schicht wird

durch das superficiale mediale

Retinakulum gebildet, welches von

distal, ausgehend von der

anteromedialen Tibia, nach

proximal zur distalen Patella

verläuft (Abbildung 1). Zu diesem

Retinakulum verlaufen senkrecht

die Fasern des medialen tibialen

Ligamentes (Schmeling, 2010).

- Schicht zwei: Sie enthält das MPFL

zusammen mit dem superficialen

Anteil des Ligamentum mediale

collaterale (MCL) (Abbildung 2).

Der Insertionspunkt des MPFL

befindet sich an der medialen

Seite der Patella, beginnend am

obersten Ende der Patella bis in

etwa ein Drittel des Margo

medialis. Es inseriert dorsocranial

des Epikondylus medialis und etwas postero-caudal des Adduktor-Tuberkels (Nomura

E, 2005). Weiterhin existieren Verbindungsfasern zwischen dem anterioren Anteil des

MPFL und der Sehne des Musculus vastus medialis obliquus, welcher der wichtigste

aktive Stabilisator gegen laterale, auf die Patella wirkende Translationskräfte zu sein

Abbildung 1: MPFL nativ, superficiale Schicht

Abbildung 2: MPFL, superficiale Schicht reseziert

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scheint (Nomura E, 2005; Nomura E, 2003; Nomura E, 2000; Reider B, 1981;

Panagiotopoulos E, 2006) (Abbildung 3).

Abbildung 3: Insertionspunkt femoral des MPFL, mit Führungsdraht markiert

- Schicht drei: Diese besteht aus dem

Ligamentum patellomeniscale

(MPML) (Abbildung 4). Es handelt

sich um mehrere Fasern im Bereich

der medialen Begrenzung des Hoffa-

Fettkörpers, welche von dort

ausgehend am inferioren, medialen

Patelladrittel direkt distal des MPFL

inserieren (Conlan T, 1993; Desio SM,

1998).

Abbildung 4: MPFL reseziert, Blick auf membrana synovialis

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2.2. Anatomie und Pathophysiologie des Patellofemoralgelenkes

Die Trochlea femoris und die Patella bilden zusammen das Patellofemoralgelenk. Hierbei ist

die Kniescheibe in den Streckapparat des Kniegelenkes eingebettet und dient als größtes

Sesambein des Menschen als Umlenkrolle zur Kraftübertragung einer aktiven

Streckbewegung. Die Knorpelfläche der Patella befindet sich auf ihrer Rückseite und ist

nahezu kongruent zur Trochlea femoris geformt, d.h. sie wird vertikal durch einen First in die

laterale und mediale Facette unterteilt, wobei die laterale Facette in der Regel größer als die

mediale ist. Gelegentlich ist die mediale Facette nochmals in sagittaler Richtung unterteilt

und bildet am Margo medialis patellae die Odd-Facette. Diese dient der Reduzierung der

druckaufnehmenden Fläche der Patella. Eine Einteilung der Patella-Formen erfolgt nach

Wiberg, wobei Veränderungen der Gelenkflächenform Auswirkungen auf die mechanische

Belastung des Patellofemoralgelenkes haben. Die Trochlea femoris dient durch die

Erhabenheit des medialen und lateralen Condylus femoris als Gleitlager und gleichzeitige

Führung der Patella bei zunehmender Flexion. Hierbei ist die laterale Condyle zumeist höher

ausgeprägt als die mediale.

Die patellofemorale Gelenkführung wird im Wesentlichen von drei Faktoren bestimmt,

welche ständig in Wechselwirkung zueinander stehen. Dazu zählen die passiven

Stabilisatoren, wie z.B. die Gelenkkapsel sowie der umgebende Bandapparat inklusive des

MPFL und die aktiven Stabilisatoren, wie z.B. die Muskulatur, besonders der Musculus vastus

medialis obliquus als Teil des Musculus quadrizeps femoris. Letztlich sorgen die statischen

Stabilisatoren, d.h. die ossäre Beschaffenheit der Trochlea femoris sowie der Patella für eine

ausreichende Kongruenz der Gelenkflächen (Schmeling, 2010; Diemer F, 2011).

Die physiologische Stabilität der Patella während der dynamischen Flexion kann wie folgt

dargestellt werden:

In extensionsnaher Ausgangsposition befindet sich die Patella oberhalb des Sulcus trochleae.

Mit zunehmender Flexion nähert sich der Apex patellae dem proximalsten Anteil des Sulcus,

ohne in den Sulcus einzugleiten. Zu diesem Zeitpunkt gewährleisten die medialen passiven

Stabilisatoren, dass die Patella von mediolateralen Translationskräften weitestgehend

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unbeeinflusst bleibt und sie bei zunehmender Flexion in den Sulcus trochleae eingeführt

werden kann, was entscheidend für die Gelenkstabilität ist (Redziniak DE, 2009). Ab 30°

Flexion (bis ca. 100°) gewinnt die statische Morphologie der Trochlea zunehmend an

Bedeutung hinsichtlich der Zentrierung und geführten Bewegung der Patella in den Sulcus

trochleae, während die retropatelläre Morphologie lediglich die patelläre Rotation, aber

nicht die Translation zu beeinflussen scheint (Heegard J, 1995). Unter Belastung stabilisiert

währenddessen die Muskulatur des Quadrizeps femoris aktiv die Patellaführung (Goodfellow

J, 1976; Grelsamer RP, 1998).

Eine Verletzung des medialen Bandapparates ist die am häufigsten auftretende

Pathomorphologie nach Patellaluxation, wobei das MPFL nur im Ausnahmefall unversehrt

bleibt (Ahmad CS, 2000; Sallay PI, 1996; Tuxoe JI, 2002; Nomura E, 2002).

In einer Studie von Nomura et al. wurde unter anderem die Morphologie des MPFL nach

akuten und chronischen Luxationen untersucht, was auf folgende Pathologien hindeuten

kann (Nomura, 1999):

Bei der akuten Luxation können folgende Gruppen unterschieden werden:

- Es können sich patelläre Abrissfrakturen oder femorale Abrisse des MPFL zeigen

- Intramurale Rupturen des MPFL können auftreten

Dreifach unterschieden wurde in der Gruppe der chronischen Patellaluxationen:

- Es können lose oder gedehnte femorale Insertionen vorliegen

- Hypertrophiertes Narbengewebe mit bestehenden abnormen Narbensträngen kann

sich bilden

- Es zeigte sich die Kontinuität des MPFL aufgehoben oder das MPFL in seiner Form

hypo- bis dysplastisch (Schmeling, 2010; Nomura, 1999)

Die zur Luxation der Patella führende Pathologie kann wie folgt dargestellt werden:

Grundsätzlich ist eine Kombination von verschiedenen Gegebenheiten essentiell, damit es zu

einer primären Luxation kommen kann. Die individuelle Anatomie eines Patienten sowie die

entsprechenden Bewegungsumstände lassen auf ein multifaktorielles Geschehen schließen.

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In der Regel befindet sich das Knie des Betroffenen in einer Flexionsstellung, während das

Femur innenrotiert und adduziert ist. Die Tibia ist hierbei außenrotiert und abduziert. Diese

Position kann als funktioneller Valgus angesehen werden (Greiwe RM, 2010; Feller JA, 2007).

Die Folge ist eine hochgradige, exzentrische Kontraktion des Musculus vastus lateralis des

Quadrizeps, welche die stabilisierenden Kräfte des Musculus vastus medialis obliquus

überwiegt. Ab diesem Zeitpunkt wird die Stabilität der Patella nur noch von der Geometrie

des Patellofemoralgelenkes und den medialen Weichteilstabilisatoren aufrechterhalten.

Überwiegt die laterale Translationskraft das Rückhaltevermögen des MPFL, gelingt es der

Patella nicht, bei zunehmender Flexion in den Sulcus trochleae einzugleiten. Die Kniescheibe

wird konsequenterweise weiter nach lateral abgedrängt und es folgt die laterale

Patellaluxation. Dies verursacht eine Ruptur des MPFL und nicht selten auch des Musculus

vastus medialis obliquus. Zusätzliche Verletzungen der chondralen Gelenkfläche an der

lateralen Femurcondyle sowie am Margo medialis patellae können ebenfalls auftreten

(Greiwe RM, 2010).

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2.3. Pathogenese der patellofemoralen Instabilität

Folgende prädisponierende Morphologien können neben der vorausgegangenen Schädigung

des MPFL eine (rezidivierende) Patellaluxation begünstigen.

Trochleadysplasie:

Typischerweise wird die Steigung der lateralen trochleären Facette, der laterale Slope, durch

eine abgeflachte und medialisierte Trochlea, vermindert. Der Sulcus wird hierbei aufgrund

der Hypoplasie des medialen Condylus nach medial verschoben. Die Trochlea ist dadurch

oftmals flach oder sogar in konvexer Ausprägung vorhanden. Die Höhe der Condylen in

anterior-posteriore Richtung ist davon nicht betroffen (Schmeling, 2010). Da die laterale

Patellafacette bereits recht flach ist, wird durch diese Morphologie ein laterales

herausgleiten aus dem Sulcus trochleae begünstigt. In einer Studie von Dejour et al. wurde

bei 85% aller Patienten mit rezidivierenden Luxationen eine Trochleadysplasie festgestellt

(Dejour H, 1994). Zur Diagnostik beschrieben sie das „Crossing-Sign“, welches auf einer

streng seitlichen Aufnahme des Kniegelenkes zu sehen ist. Das Crossing-Sign beschreibt den

Schnittpunkt zweier Linien: Wenn sich der tiefste Punkt der Trochlea mit dem

prominentesten Punkt der lateralen Femurcondyle schneidet, deutet dies in

unterschiedlicher Ausprägung auf eine Trochleadysplasie hin. Weiterhin kann eine

computertomographische Einteilung der Trochleadysplasie in vier Grade nach Dejour

vorgenommen werden, was entscheidend für die konsekutive Behandlung ist. Typ A

beschreibt eine milde Form der Dysplasie mit abgeflachtem Sulcuswinkel, Typ B eine flache

Trochlea ohne Vertiefung mit eventuell konvexer Ausprägung und Typ C die asymmetrische

Condylenausprägung mit ausgeprägter Hypoplasie der medialen Anteile der Trochlea. Typ D

vereint alle bisher genannten Pathologien, ggf. mit zusätzlicher Protuberans der Condylen

(Schmeling, 2010; Dejour H, 1994; Dejour D, 2007). Bei einer Trochleadysplasie wird die

Patella aufgrund der pathologischen Gelenkgeometrie nach proximal forciert und kann in

axialer Ebene verschoben und verkippt sein (Patella-Shift und -Tilt). Dies kann sich in

radiologischen Untersuchungen als weiterer Hinweis einer patellofemoralen Instabilität

zeigen (Schmeling, 2010; Dejour H, 1994; Fucentese S, 2006). Hierbei ist das MPFL der

alleinige Stabilisator gegen lateral gerichtete Translationskräfte. Da dieses Retinakulum bei

bestehender Trochleadysplasie jedoch oftmals hypoplastisch angelegt oder nach

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vorausgegangener Dislokation insuffizient ist, kann dieser passive Stabilisator seiner

Funktion nicht mehr entsprechen (Schmeling, 2010).

Patella alta:

Die Patella alta definiert sich über die in Extension höher stehende Patella im Vergleich zur

Normalbevölkerung. Diagnostiziert wird eine Patella alta mittels eines Röntgenbildes des

seitlichen Kniegelenks. Hierbei kann beispielsweise der Caton-Deschamps-Index bestimmt

werden, also der Quotient aus dem Abstand zwischen Apex patellae und Tibia und der Länge

der posterioren Patellafacette. Ist der Quotient größer als 1,2 liegt eine Patella alta vor

(Schmeling, 2010).

In einigen Studien ist ein Zusammenhang zwischen einer Patella alta und einer

patellofemoralen Instabilität bereits gezeigt worden (Atkin DM, 2000; Caton J, 1990; Geenen

E, 1989; Larsen E, 1982; Leung Y, 1996; Runow, 1983; Simmons E, 1992).

Q-Winkel und TTTG-Abstand:

Der Q-Winkel beschreibt die Divergenz der Zugrichtung der Quadrizeps-Sehne und der

Verlaufsrichtung des Ligamentum patellae. Er beträgt normalerweise ca. 15° (Aglietti P, Buzzi

R, Insall J, 2001). Während des Übergangs von Extension in Flexion wirkt bei erhöhtem Q-

Winkel eine vermehrte lateralisierende Kraft auf die Kniescheibe aufgrund des Quadrizeps

femoris, die insbesondere bei dysplastischer Trochlea eine Subluxation oder Luxation

begünstigen kann. Existiert bei solchen Gelenkmorphologien zusätzlich eine vermehrte

Außenrotation des Unterschenkels und damit des Ansatzes des Ligamentum patellae,

resultiert daraus ein größerer Q-Winkel und die lateralisierende Wirkung des Musculus

quadrizeps femoris wird noch verstärkt (Schöttle PB, 2005). Da der Q-Winkel oftmals vom

Untersucher und der Muskelspannung abhängig ist, ist seine Bedeutung zur Beurteilung der

patellofemoralen Instabilität jedoch umstritten. Das Ausmaß der Lateralisierung der

Tuberositas tibiae im Verhältnis zur Trochlea femoris kann radiologisch als TTTG-Abstand

bestimmt werden.

Der TTTG-Abstand wird definiert als die Distanz zwischen dem tiefsten Punkt der Trochlea

und dem anteriorsten Punkt Tuberositas tibiae auf zwei korrespondierenden axialen CT-

Schnittbildern (tuberositas tibiae – trochlear groove distance), welche in Referenz zur

posterioren Kondylenlinie stehen (Schöttle PB, 2005; Goutallier D, 1978). Physiologische

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TTTG-Werte liegen bei etwa 12-15 mm je nach Studienlage (Schmeling, 2010; Dejour H,

1994), von einem pathologischen TTTG-Abstand wird bei einer Distanz von > 20 mm

gesprochen.

Bei dysplastischer Trochlea und einer Antetorsion des Femur liegt der Sulcus wie oben

erwähnt weiter medial, was einen erhöhten TTTG-Abstand zur Folge hat. Eine

Valgusdeformität kann ebenfalls die TTTG-Distanz erhöhen (Schmeling, 2010).

Ossäre tibiale und femorale Torsionsfehler:

Eine vermehrte femorale Antetorsion, die laterale Tibiatorsion sowie die mediale distale

Femurtorsion wurden als weitere prädisponierende Faktoren zur Patellaluxation identifiziert.

Eine Studie von Jend et al. konnte keinen signifikanten Zusammenhang der genannten

Faktoren und einer Luxationsneigung der Patella zeigen. Es konnte lediglich gezeigt werden,

dass in Einzelfällen extreme Fehltorsionen von Tibia oder Femur eine Luxationsneigung der

Patella aggravierten. Zusätzlich konnte bei Patienten mit Patellaluxation eine signifikant

verminderte Innenrotationsfähigkeit der Tibia gegenüber dem Femur im Vergleich zur

Normalbevölkerung evaluiert werden (Jend HH, 1986). Bei nachgewiesener ausgeprägter

Innenrotationskomponente des Femurs hat sich gemäß aktuelleren Studien die distale

Rotationskorrektur neben der MPFL-Rekonstruktion bewährt. Hierbei wird unter Erhalt des

Periostschlauches das distale Femur durchtrennt und mit einer lateralen winkelstabilen

Osteosynthese nach Rotationskorrektur stabilisiert. Dies führte neben einer klinischen

patellofemoralen Stabilität zu einer Reduzierung des vorderen Knieschmerzes (Balcarek P,

2012; Strecker W, 2015; Nelitz M, 2015).

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2.4. Anamnese

Die Anamnese eines Patienten ist von großer Bedeutung hinsichtlich der weiteren

Therapieoptionen.

Bei einem Primärereignis der akuten Patellaluxation weisen die meisten Patienten einen

intraartikulären Erguss sowie eine periartikuläre Weichteilschwellung auf, welche zu einer

schmerzhaft eingeschränkten Beweglichkeit führt.

Angaben zum Erstereignis sollten zwischen einer habituellen von einer traumatischen

Luxation unterscheiden. Oftmals kann geschildert werden, ob die Patella subluxiert oder

luxiert war. Ebenso das Repositionsereignis, ob spontan, durch manuelle Manipulation oder

durch fachkundige Hilfe wird meist erinnert. In manchen Fällen jedoch handelte es sich bei

der Luxation und einer darauffolgenden spontanen Reposition um ein Sekundenereignis, bei

welchem lediglich ein starker Schmerz in Erinnerung blieb. Die Luxationshäufigkeit bei

rezidivierenden Patellaluxationen sollte ebenfalls eruiert werden.

Die Evaluation nach den führenden aktuellen Beschwerden sollte zwischen Schmerzen und

einer ggf. schmerzfreien Instabilität differieren. Oftmals findet sich eine Druckdolenz am

lateralen Femurcondylus sowie am Margo medialis patellae, da bei vollständiger Luxation

und konsequenter Reposition der Patella die mediale Patellafacette mit der lateralen

Femurcondyle kollidiert. Gegenüberliegend können ggf. auch Druckschmerzen am femoralen

Ansatz des MPFL bei an dieser Stelle liegender Ruptur nahe des Tuberkulum adductorium

anamnestisch eruiert werden (Schmeling, 2010).

Diverse Studien konnten eine vererbbare Komponente sowohl der patellofemoralen

Instabilität (Maenpaa H, 1995) als auch für die Trochleadysplasie (Rouvillain, 1998; Miller,

1978) speziell bei bilateralem Auftreten nachweisen. Aus diesem Grunde sollte auch stets

eine fundierte Familienanamnese im Rahmen der Diagnostik durchgeführt werden, welche

im folgenden Kapitel beschrieben wird.

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2.5. Klinische Untersuchung

Der Patient sollte entkleidet auf einer Liege sitzen, die zu untersuchende Gliedmaße kann

frei herabhängen. Inspektorisch lässt sich so das patellare Tracking verfolgen, d.h. wie die

Kniescheibe aus der Streckposition in die trochleäre Grube eingleitet und die anschließende

Führung weiter verläuft (Schmeling, 2010).

Um die patellare Stabilität palpatorisch festzustellen, genügt es, die Patella unter leichtem

Druck nach lateral zu verschieben, während eine Flexion im Kniegelenk stattfindet.

Der Apprehension Test wird in 20°-30° Flexion durchgeführt. Dabei wird die Patella manuell

lateralisiert. Nimmt der Patient nun eine Abwehrhaltung während der Flexion ein, da er

Angst vor einer eventuell auftretenden Dislokation hat, gilt dieser Test als positiv und

hinweisend auf eine vorliegende patellofemorale Instabilität (Schmeling, 2010).

Weiterhin kann man den Patienten bitten, sich zu setzen und aktiv eine endgradige

Extension im Kniegelenk durchzuführen. Hierbei kann das J-Zeichen beobachtet werden,

sofern die Patella nach superolateral aus dem Sulcus trochleae herausgleiten sollte. Beim

Vorliegen einer ausgeprägten patellofemoralen Instabilität kann man oftmals beobachten,

dass keine aktive endgradige Extension möglich ist und der Patient das kontralaterale Bein

zu Hilfe nimmt. Die Angst vor einer erneuten Luxation kann dies noch verstärken (Schmeling,

2010).

Mittels Zeigefinger und Daumen kann manuell der Patella Tilt ermittelt werden. Lässt sich

die Patella lateral mit dem Daumen von 0-20° anheben, deutet dies auf einen

Normalzustand hin. Kann die Kniescheibe auf der lateralen Seite jedoch nicht in ihre

Neutralposition gebracht oder angehoben werden, deutet dies auf ein kontraktes laterales

Retinakulum hin während ein vermehrter medialer Tilt auf eine Insuffizienz der medialen

Weichteilstabilisatoren hindeutet (Schmeling, 2010; Redziniak DE, 2009).

Vermehrter Tilt oder vermehrte Lateralisation sowie Knorpelschäden im patellofemoralen

Gleitlager können zu parapatellaren oder zentralen Schmerzen in Kombination mit einem

patellofemoralen Verschiebeschmerz führen. Gelegentlich treten im Rahmen der

cartilaginären Schädigungen patellofemorale Krepitationen während der dynamischen

Untersuchung auf.

Neben der generellen Bandstabilität des Kniegelenkes wird das vordere Kreuzband ebenfalls

untersucht, um eine Begleitpathologie ausschließen zu können.

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Der Patient sollte auch im Stehen begutachtet werden, sodass angrenzende Gelenke

ebenfalls evaluiert werden können. Eine Coxa antetorta oder eine zu stark außenrotierte

Tibia gelten ebenso wie Genu valga oder Fehlstellungen der Sprunggelenke zu den

Risikofaktoren der patellofemoralen Instabilität (Schmeling, 2010; Weiner DS, 2008).

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2.6. Radiologische Untersuchung

Neben der a.p.-Aufnahme, welche bereits zur Beurteilung weiterer ossärer Veränderungen

dient, erfolgt ein streng seitliches Röntgenbild, bei dem die posterioren Condylen genau

übereinander liegen und das Knie in 30° Flexion steht. Dieses wird zur Beurteilung sowohl

der Patellahöhe als auch einer eventuell bestehenden Trochleadysplasie verwendet (Dejour

H, 1994). Da in der Praxis ein streng seitliches Röntgenbild oftmals nicht möglich ist, sollte

das Crossing-Sign mit Vorsicht begutachtet werden, um kein falsch positives Ergebnis

hervorzurufen (Koeter S, 2006). Weiterhin kann eine Merchant-Aufnahme, bei der das Knie

in 45° Flexion steht und der Röntgenstrahl die Patella von proximal nach distal tangential an

der Rückfläche schneidet, zur radiologischen Erstdiagnostik und Bestimmung der patellaren

Verkippung bzw. Lateralisation durchgeführt werden. Diese ist kostengünstig durchführbar

und es besteht eine generell schnelle Verfügbarkeit in nahezu jedem Krankenhaus bzw. jeder

Praxis. Weiterhin können gelegentlich auftretende knöcherne Begleitverletzungen wie z.B.

Flake-fractures festgestellt oder ausgeschlossen werden. Sofern keine Voraufnahmen zum

Vergleich vorhanden sind, sollte die Interpretation der Werte kritisch erfolgen und klinische

Untersuchungen den höchsten Stellenwert einnehmen. Vor einigen Jahren wurde eine CT-

Untersuchung zur Bestimmung des patellaren Tilts und Shifts empfohlen (Fulkerson JP,

1987), jedoch konnte gezeigt werden, dass diese keine Überlegenheit gegenüber den

tangentialen nativ radiologischen Untersuchungen des patellofemoralen Gleitlagers

erbrachte (Alemparte J, 2007; Beaconsfield T, 1994). Aufgrund der damit verbunden

höheren Strahlenbelastung für die zumeist jüngeren Patienten und des größeren finanziellen

Aspektes wurde diese Untersuchungsmethode weitestgehen zugunsten der Merchant-

Aufnahme verlassen. Additiv kann mit defilee-Aufnahmen die Stellung der Patella in

verschiedenen Flexionsgraden evaluiert werden. Die Ganzbeinaufnahme im Stehen ergänzt

in selektiven Fällen die radiologische Diagnostik zur Beurteilung der Beinachse.

MRT-Diagnostik:

Eine Magnetresonanztomographie scheint am besten zur Darstellung der anatomischen

Verhältnisse im patellofemoralen Gelenk geeignet zu sein. Hierbei kann analog zur seitlichen

Röntgenaufnahme die posteriore Condylenlinie als Referenzpunkt genutzt werden

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(Schmeling, 2010). Die fehlende Strahlenbelastung ist ebenfalls ein Vorteil gegenüber der

Computertomographie und konventioneller Röntgenaufnahmen.

Folgende, möglicherweise klinisch relevante Parameter, können mittels der

Schnittbildgebung evaluiert werden:

- Der Schweregrad einer Trochleadysplasie kann anhand der Klassifikation nach Dejour

eingeteilt werden, dies hat Auswirkungen auf die patellofemorale Kinematik (Dejour

D, 1998; Van Haver A, 2015)

- Die Trochleatiefe kann mittels der Condylenreferenzlinie bestimmt werden

- Der laterale Slope der Gelenkrolle ist bestimmbar (Carrillon Y, 2000)

- Der Patella-Tilt kann als Winkel zwischen hinterer Condylenreferenzlinie und

tangentialer Patellalinie beurteilt werden (Beaconsfield T, 1994). Analog dazu kann

der Patella-Shift anhand des Abstandes des Sulcus trochleae und des Patellagiebels

gemessen werden (Schmeling, 2010)

- Eine Patella alta kann erkannt und mittels Caton-Deschamps-Index quantifiziert

werden

- Die TTTG-Distanz zwischen dem tiefsten Punkt der Trochlea und dem anteriorsten

Punkt der Tuberositas tibiae wird bestimmt, wobei hier eine Computertomographie

aufgrund der knöchernen Gegebenheiten vorteilhaft ist

- Knorpel-, Bänder- sowie Weichteilschäden können zum Ausschluss möglicher

Begleitpathologien identifiziert werden

CT-Diagnostik:

Eine computertomographische Darstellung des Kniegelenkes kann in selektiven Fällen die

radiologische Diagnostik ergänzen. Ein Vorteil der CT-Diagnostik liegt in der schnellen

Verfügbarkeit, der geringeren Kosten im Vergleich zur MRT-Untersuchung sowie in der

besseren Darstellung ossärer Strukturen als vergleichbare Verfahren. Insbesondere können

folgende Fragestellungen evaluiert werden:

- Die präzise TTTG-Distanz (s.o.) ist bestimmbar durch die übereinander projizierten

Schnittbilder (Chen S, 2016)

- Rotationsfehler tibial bzw. femoral können durch ein Rotations-CT schnell und genau

dargestellt werden

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2.7. Therapiemöglichkeiten

Eine konservative Therapie beinhaltet diverse Muskeldehnungstechniken als auch

Muskelkräftigungsübungen, wobei Schmerzen bei den jeweiligen Übungen vermieden

werden sollten. Da der Musculus vastus medialis obliquus wie erwähnt eine

Stabilisierungsfunktion übernimmt und das MPFL in seiner Funktion unterstützt, sollte dieser

speziell trainiert werden.

Dehnungsübungen kommen vorwiegend im lateralen Weichteilbereich zur Anwendung.

Hierbei werden das laterale Retinakulum, der laterale Anteil des Quadrizeps femoris, der

Tractus iliotibialis, die posteriore femorale Muskulatur, die posteriore

Unterschenkelmuskulatur sowie die Achillessehne gedehnt.

Zusätzlich zu den physiotherapeutischen Maßnahmen sind spezielle Orthesen oder

Bandagen, welche eine Medialisierung der Patella zum Ziel haben, hilfreich bei der

Schmerzneutralisierung. Eine Schuheinlagenversorgung sollte bei einer ausgeprägten

Pronationsfehlstellung des unteren Sprunggelenkes ebenfalls erfolgen (Schmeling, 2010;

Redziniak DE, 2009).

Im Falle eines Versagens der konservativen Therapie sowie bei rezidivierenden

(Sub)luxationen der Patella oder einem anderen Verletzungsmuster, bei dem eine

konservative Therapie wahrscheinlich keine Besserung der Symptome zur Folge hätte, sollte

eine operative Therapie angestrebt werden. Die operative Stabilisierung der Patella nach

Erstluxation wird in der Literatur kontrovers diskutiert (Bitar AC, 2015; Deie M, 1998; Drez D,

2001; Fisher B, 2010; Fithian DC, 2004; Longo UG, 2016; Nikku R, 2005). Kommt es bei

Erstluxationen zu einem ausgeprägten Hämarthros mit einer Abscherung von

Knorpel/Knochen-Strukturen, ist zumindest eine Arthroskopie des Kniegelenkes indiziert.

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2.8. Grundlagen der operativen Therapie

Bei der patellofemoralen Instabilität handelt es sich um ein Zusammenspiel vieler

prädisponierender Faktoren, welche letztendlich zu einer Luxation der Kniescheibe führen.

Nach Schmeling (Schmeling, 2010) können grundsätzlich drei Therapieansätze entsprechend

der individuellen Pathologie des Patienten unterschieden werden:

- Die Rekonstruktion der medialen passiven Stabilisatoren des Patellofemoralgelenkes

(Drez D, 2001; Ellera Gomes JL, 2004; Schöttle PB, 2005)

- Die Modulation der statischen Faktoren bei Vorliegen einer Trochleadysplasie (Albee,

1915; Bereiter H, 1994; Verdonk R, 2005)

- Eingriffe in den proximalen und distalen Streckapparat zur Verbesserung des

patellaren Trackings, wie z.B. ein laterales Release, eine Versetzung der Tuberositas

tibiae, oder eine Medialisierung des Musculus vastus medialis obliquus

Primärnaht der medialen patellofemoralen passiven Stabilisatoren:

Nach einer patellaren Luxation ist in den meisten Fällen der mediale patellofemorale

Bänderkomplex geschädigt (Ahmad CS, 2000; Sallay PI, 1996; Tuxoe JI, 2002; Nomura E,

2002). Begleitend können (osteo)chondrale Avulsionen mit Abscherfragmenten auftreten.

Mittels einer Arthroskopie können diese freien Gelenkkörper entfernt und die medialen

Weichteile gerafft und gegebenenfalls genäht werden. Yamamoto beschrieb erstmals diese

Technik der arthroskopischen Raffung des medialen Bandapparates, welche bis heute weiter

modifiziert wurde (Schmeling, 2010; Strobel, 2002; Yamamoto, 1986). Mittels dieser Technik

wurden geringere Re-Luxationsraten beobachtet als bei konservativen Verfahren (Garth WP,

1996; Schöttle PB, 2006), jedoch konnten Schöttle et al. zeigen, dass bei einer höhergradigen

Dysplasie der Trochlea femoris eine alleinige Naht bzw. Raffung des medialen Retinakulums

nicht ausreichend zur Versorgung der patellofemoralen Instabilität schien.

Mediale Raffung:

Mittels der Technik nach Insall soll der Ansatz des Muskulus vastus medialis obliquus an den

lateralen Anteil der Patella versetzt werden und als aktiver Stabilisator zur Medialisierung

des MPFL beitragen. Da der Faserverlauf des Muskels aber nicht geändert werden kann, tritt

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seine Stabilisierungsfunktion erst bei einer Flexion von etwa 60° in Kraft. Viele Studien

konnten zeigen, dass eine mediale Raffung der Rekonstruktion des MPFL mittels autologem

Transplantat hinsichtlich postoperativer Reluxationsraten und der Schmerzsymptomatik

unterlegen ist (Fondren FB, 1985; Koskinen SK, 1998; Radlo W, 1997; Vahasarja V, 1995).

Laterales Release:

Durch die Resektion des lateralen Retinakulums soll die Zugkraft nach lateral gemindert und

eine Luxationstendenz reduziert werden. Dieser Eingriff verspricht jedoch nicht immer den

gewünschten Erfolg, da das laterale Retinakulum sogar eine stabilisierende Wirkung auf das

Patellofemoralgelenk in extensionsnaher Position ausübt (Christoforakis J, 2006; Fithian DC,

2004). Bei Durchtrennung dieses Bandes ist eine Weichteilbarriere gegen eine laterale

Translation der Patella aufgehoben und die laterale Instabilität nimmt in Streckstellung zu

(Christoforakis J, 2006; Fithian DC, 2004; Kramers-de Quervain IA, 1997; Nonweiler DE,

1994). Ein isoliertes laterales Release bei extensionsnaher patellofemoraler Instabilität ist

nicht mehr indiziert (Schmeling, 2010). Lediglich bei einer fixierten lateralen Luxation sowie

einer Subluxation in tiefer Flexion kann dieser Eingriff erforderlich sein.

Medialisierung der Tuberositas tibiae:

Ein durch beispielsweise vermehrte Außenrotation des Unterschenkels hervorgerufener

vergrößerter TTTG-Abstand und damit vermehrt lateraler Ansatz des Ligamentum patellae

führt zu einem größeren Q-Winkel. Hierbei wird die lateralisierende Wirkung des Musculus

quadrizeps femoris auf die Patella verstärkt bis hin zur (Sub)luxation. Bei dieser Form der

operativen Therapie der patellofemoralen Instabilität soll der ossäre Ansatz der Patella-

Sehne etwa 10 bis 15 mm nach medial versetzt werden, damit ein pathologischer Q-Winkel

oder ein zu großer TTTG-Abstand und somit die Luxationstendenz vermindert werden kann.

Zusätzlich besteht die Option der Distalisierung der Tuberositas tibiae bei ggf. vorliegender

Patella alta. Da der Streckapparat jedoch nur in stärkerer Flexion eine stabilisierende

Funktion übernimmt, hat dieser Eingriff eine geringere Konsequenz hinsichtlich einer

patellaren Instabilität in extensionsnaher Position (Goodfellow J, 1976; Grelsamer RP, 1998).

Ein Realignment der Patella ist somit nur unzureichend möglich (Dejour H, 1994). Daher wird

bei diesem Eingriff literaturabhängig nur in circa 65% der Fälle eine Stabilität der Kniescheibe

erreicht (Pidoriano AJ, 1997; Cohen ZA, 2003; Elias JJ, 2004; Elias JJ, 2004; Brown DE, 1984).

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Trochleaplastik:

Hierbei handelt es sich um einen komplexen Eingriff in die Geometrie der Trochlea femoris.

Bei vielen Patienten mit patellofemoraler Instabilität existiert zusätzlich eine dysplatische

Trochlea femoris (Dejour H, 1994; Dejour D, 2007). Das Ziel dieses Eingriffes ist die laterale

Facette in Relation zur Trochlea steiler zu gestalten und zu erhöhen, ohne dass dabei der

patellofemorale Anpressdruck gesteigert wird (Schmeling, 2010). Dies wird mittels einer

operativ geschaffenen Vertiefung der Trochlea femoris erreicht. Da bei einer

Trochleadysplasie oftmals auch die passiven Stabilisatoren nur unzureichend ausgebildet

sind, kann eine MPFL-Rekonstruktion simultan additiv durchgeführt werden (Bereiter H,

1994).

Techniken zur Rekonstruktion des medialen patellofemoralen Bandes mittels eines

autologen Transplantates:

Die Rekonstruktion des MPFL mittels eines autologen Transplantates stellt neben den bereits

vorgestellten Operationstechniken eine ausgezeichnete Therapieoption zur Behandlung der

patellofemoralen Instabilität dar (Warren LA, 1974; Hautamaa PV, 1998; Conlan T, 1993;

Desio SM, 1998; Schöttle PB, 2005; Kang H, 2016; Longo UG, 2016; Schneider DK, 2016).

Eine MPFL-Rekonstruktion kann nicht nur isoliert, sondern ggf. auch zusätzlich zu anderen

operativen Eingriffen durchgeführt werden, um letztlich eine Stabilität im

Patellofemoralgelenk zu erreichen.

Während der letzten Jahre wurden zunehmend verschiedene Techniken zum operativen

MPFL-Ersatz mit positivem Ergebnis publiziert (Arendt EA, 2002; Avikainen VJ, 1993;

Chassaing V, 2005; Daivies AP, 2000; Deie M, 1998; Drez D, 2001; Ellera Gomes JL, 2004;

Gomes, 2008; Nomura E, 2003; Ostermeier S, 2007).

Allen Techniken gemeinsam ist das Ziel, das MPFL als wichtigsten passiven Stabilisator der

Patella wiederherzustellen und mittels stabiler Refixation eine möglichst frühfunktionelle

Nachbehandlung zu ermöglichen. Dies wird je nach Studie auf unterschiedliche Art und

Weise erreicht. Um optimale Ergebnisse für den Patienten zu erhalten, ist es essentiell, das

mediale Retinakulum möglichst anatomisch zu rekonstruieren (Amis AA, 2003; Smirk C,

2003).

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Eine nicht-anatomische Rekonstruktion kann zu unphysiologischen Belastungen im

Patellofemoralgelenk führen, was Schmerzen, Bewegungseinschränkungen und eine

verfrühte Arthrose für den Patienten bedeuten könnte. Ebenfalls vermieden werden sollte

die Rekonstruktion nur eines funktionellen Bündels an der Patella, da so ein vermehrter Tilt

und eine erhöhte Rotation der Kniescheibe auftreten können (Desio SM, 1998; Elias JJ, 2006;

Steensen RN, 2003). Dies geschieht, wenn z.B. eine Sehne gestielt versetzt oder verlagert

wird, sodass ein Ursprung nicht anatomisch am Femur oder an der Patella ansetzt (Amis AA,

2003; Kang HJ, 2010). Dies wurde ebenfalls bei Techniken, bei denen freie Grafts verwendet

wurden und daraus ein punktuell fixiertes einzelnes Bündel entstand (Drez D, 2001; Ellera

Gomes JL, 2004), beschrieben.

Bei der in dieser Dissertation verwendeten Operationstechnik wird ein autologes Gracilis-

Sehnentransplantat sowie ein Teilstück des Tractus iliotibialis (Abbildung 5) als MPFL-Ersatz

verwendet. Aufgrund zweier Fixierungen in den proximalen zwei Dritteln des medialen

Patellarandes und einer Fixierung am anatomischen femoralen Ansatzpunkt des MPFL

spricht man von einer Doppelbündeltechnik (Schöttle PB, 2010).

Abbildung 5: Doppelbündeltechnik, Fascia lata

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Da in der vorliegenden Arbeit die Gracilis-Grafts den Fascia lata-Transplantaten

gegenübergestellt werden, wird auch hier eine modifizierte Technik nach Schöttle am

jeweiligen humanen Kniepräparat verwendet.

Indikationen zur operativen MPFL-Rekonstruktion:

- rezidivierende laterale Patella(sub)luxationen

- primäre Dislokation mit bestehendem, positivem Apprehension-Test

Kontraindikationen zur operativen MPFL-Rekonstruktion:

- akute Gelenkinfektionen

- Bestehende neurogene Instabilität und Störung der ischiokruralen Muskulatur

- ausgeprägte knöcherne Rotationsfehler mit pathologischem patellarem Tracking

- ausgeprägte Dysplasie der Trochlea (Dejour B-D)

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3. MATERIAL UND METHODEN

3.1. Kniepräparate und autologe Grafts zur Rekonstruktion des MPFL

Die Versuche wurden an insgesamt 16 humanen Kniepräparaten durchgeführt. Insgesamt

wurden 6 männliche und 10 weibliche Knie verwendet, davon 6 linke und 10 rechte

Kniepräparate.

Die Präparate wurden femoral und tibial ca. 15-20 cm vom Gelenkspalt entfernt in der

Transversalebene durchtrennt.

Die Aufbewahrung aller Präparate fand bei -27°C in einer Plastik-Schaumstoffhülle statt. Zu

Versuchsbeginn waren die Präparate gänzlich aufgetaut.

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3.1.1. Gracilis-Sehne

Die in dieser Dissertation verwendete Gracilis-Sehne entstammte dem jeweils für den

Versuch vorbereiteten Kniepräparat.

Der Musculus gracilis ist ein schlanker, oberflächlich gelegener Skelettmuskel, der den

Adduktoren des Oberschenkels zuzuordnen ist. Seinen Ursprung besitzt er am Ramus

inferior des Schambeins und inseriert zusammen mit den Musculi semitendinosus und

sartorius am Pes anserinus superficialis auf der ventralen Seite der Tibia. Seine

physiologische Funktion besteht einerseits in einer Flexion und Adduktion im Hüftgelenk,

andererseits dient er der Flexion im Kniegelenk und führt zu einer Innenrotation des

Unterschenkels. Innerviert wird er durch den Nervus obturatorius.

Abbildung 6: Anatomie aus der Sicht von medial

Die Gracilis-Sehne (Abbildung 6) eignet sich aufgrund ihrer biomechanischen Eigenschaften,

der einfachen Möglichkeit der Sehnenentnahme und ihrer geringen Entnahmemorbidität

hervorragend sowohl als additive Sehne zur Kreuzbandersatzplastik oder zur Rekonstruktion

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des MPFL. Eine nur spärliche Blutversorgung des Muskels erleichtert seine Entnahme mit

lediglich minimalem Blutverlust.

Seit Biomechanik-Studien gezeigt haben, dass das MPFL eine mittlere Versagenslast von 208

Newton aufweist, wird die Gracilis-Sehne regelmäßig als Autograft zur MPFL-Rekonstruktion

genutzt. Bereits ein Bündel dieser Sehne kann dieser Last problemlos widerstehen (Amis AA,

2003).

Für die Entnahme der Gracilis-Sehne wurde ein etwa 2-3 cm langer anteromedialer Schnitt 5-

10 mm distal der Tuberositas tibae und parallel zur vorderen Schienbeinkante gesetzt. Nach

Identifikation der Sehne am Pes anserinus superficialis und einer Incision der Sartorius-

aponeurose wurde sie ansatznah scharf abgesetzt. Die proximale Absetzung erfolgt mit

einem Sehnenstripper. Die Länge der Sehnen variierte zwischen 18 und 21 cm. Nach

Befreiung von umgebendem Bindegewebe und Fett wurde die Sehne auf eine Arbeitsplatte

gelegt und mittels einer stumpfen Schere wurden sämtliche verbleibenden Muskelanteile

von der Sehne entfernt. Es erfolgte die Armierung beider Sehnenenden mit einem nicht-

resorbierbaren Faden der Stärke 2-0 (Fiberwire, Arthrex (Naples, USA)) über eine Strecke

von jeweils 1-1,5 cm (Abbildung 7 und 8).

Abbildung 8: Länge der Gracilis Sehne, Muskulatur entfernt Abbildung 7: armierte Gracilis Sehne

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3.1.2. Fascia lata

Die hier verwendeten Faszien-Transplantate entstammten ebenfalls dem jeweiligen

Kniepräparat. Die Fascia lata ist eine derbe Bindegewebshülle am lateralen Oberschenkel mit

dem Zweck, die Muskulatur an dieser Stelle zusammenzuhalten. Sie kann durch den

Musculus tensor fasciae latae über den Tractus ilitibialis unterschiedlich stark gespannt

werden (Abbildung 9).

Abbildung 9: Anatomie Tractus iliotibialis, Sicht von lateral

Der Grundgedanke bei der Verwendung eines Teils der Fascia lata als autologes Transplantat

zum MPFL-Ersatz liegt zum einen in einer minimalinvasiven Präparation dieser Faszie und der

generellen Verfügbarkeit und Anwendbarkeit bei jedem Patienten. Eine anatomische

Rekonstruktion des MPFL mittels eines autologen Transplantates sollte demnach auch bei

Patienten (vor allem jungen Sportlern) möglich sein, welche aufgrund vorausgegangener

Operationen wie z.B. einer Kreuzbandersatzplastik über keine eigenen Semitendinosus- oder

Gracilis-Sehnen mehr verfügen. Im Umkehrschluss könnten mit dieser Technik diese

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Sehnentransplantate für eventuell später notwendige Operationen aufgespart werden.

Weiterhin ähnelt die fächerförmige Beschaffenheit der Fascia lata derjenigen des MPFL, da

sie weniger tubulär geformt ist als eine Sehne, was wiederum zu einer besseren Kinematik

führen könnte. Bei der Entnahme der Fascia lata besteht durch das minimalinvasive

Verfahren der Vorteil, dass keine wichtigen Strukturen in ihrer nativen Funktion geschwächt

werden.

Zur Freilegung der Fascia lata wurde ein circa 6

cm langer Hautschnitt am lateralen

Oberschenkel gesetzt (Abbildung 10). Nach

stumpfer Präparation bis auf die Faszie, welche

sich hell schimmernd und straff darstellt, wurde

ein etwa 10 mm breites und 12 cm langes

quadratisches Stück aus der Faszie mit einem

scharfen Skalpell herausgetrennt und unter

Zuhilfenahme einer stumpfen Klemme von der

darunterliegenden Muskulatur abpräpariert

(Abbildung 11). Mittels eines stumpfen Langenbeck-Hakens konnte die Wunde ausreichend

nach distal und proximal aufgehalten werden, um eine saubere Schnittführung

gewährleisten zu können. Anschließend wurde die verbleibende Lücke mittels eines

resorbierbaren Fadens der Stärke 4-0 wieder problemlos und spannungsfrei verschlossen

(Abbildung 12).

Abbildung 12: Verschluss der Entnahmestelle mittels resorbierbarer Naht

Abbildung 11: Fascia lata, zu entfernender Bereich markiert

Abbildung 10: Länge der Hautinzision

Seite 36 von 122

Mit einer stumpfen Schere wurden analog zur Gracilis-Sehnenpräparation auch hier alle

verbliebenen Muskel-, Bindegewebe- und Fettanteile möglichst schonend entfernt

(Abbildung 13), um keine Perforation des

Transplantates herbeizuführen. Das

vorliegende Präparat wurde im nächsten

Arbeitsschritt in seiner Breite halbiert, so

dass zwei möglichst identische

Transplantate mit den Maßen 5 mm auf 12

cm vorlagen. Die Enden wurden wiederum

mit einem nichtresorbierbaren Faden der

Stärke 2-0 (Fiberwire, Arthrex (Naples,

USA)) über eine Strecke von 1-1,5 cm

armiert.

Abbildung 13: Zwei Stränge der präparierten Fascia lata

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3.2. Kraft- und Druckmessung

3.2.1. Tekscan Druckmessfolie

Die Firma Tekscan (South Boston, MA, USA, www.tekscan.com) beschäftigt sich unter

anderem mit der Herstellung verschiedener Sensorsysteme, welche z.B. in der Industrie zur

Materialprüfung, zur Kräftemessung bei Crashtests oder bei Orthopäden zur „Standanalyse“

eines Patienten und der weiteren Schuheinlagenversorgung genutzt werden. Aus dem

fundierten Sortiment an verschiedenen Sensortypen wurde in dieser Arbeit die

Drucksensorfolie des Typs 5051 verwendet (Abbildung 14).

Abbildung 14: Skizze einer Sensorfolie, Quelle: www.tekscan.com

Aufgrund ihrer Größe eignete sich diese hervorragend zur Implantation an der patellaren

Gelenkfläche. Durch die extrem geringe „Stärke“ der Folie von nur 0,1 mm wurde eine

exzellente Flexibilität ihrerseits innerhalb des Kniegelenkes gewährleistet. Somit wurden

sämtliche von der Sensorfolie bedeckten Anteile der Gelenkfläche bei der Druckmessung

berücksichtigt. Da die Messfläche, auf denen sich die einzelnen Drucksensoren befinden,

exakt 5,5 auf 5,5 cm misst, konnte in allen Versuchen die patellare Gelenkfläche komplett

evaluiert werden.

http://www.tekscan.com/

http://www.tekscan.com/

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Insgesamt besteht diese Drucksensorfolie aus 1936 einzelnen und voneinander

unabhängigen Sensorzellen. Ein Quadratzentimeter der Sensorfläche enthält demnach 62

dieser Zellen. Eine Zelle wiederum ist 0,8 mm breit und 0,8 mm lang. Diese hohe

Sensordichte machte es möglich, Kräfte an vielen verschiedenen Punkten im

Patellofemoralgelenk zu messen. Bei Belastung der Druckmessfolie sendet jede Sensorzelle,

auf die eine Kraft bzw. ein Druck ausgeübt wird, ein Signal an die Übertragungseinheit,

welche die Signalstärke in Werte ohne SI-Einheit umwandelt und diese Daten via USB an den

angeschlossenen Computer übermittelt. Jede dieser Zellen sendet entsprechend der Stärke

der Belastung einen Zahlenwert von 0 bis 255 an die Software „I-Scan“. Mit I-Scan konnte

diesen nativen Werten die SI-Krafteinheit Newton zugeordnet werden.

Weiterhin war es möglich, die Sensorfolie hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit mittels der

beiliegenden Software einzustellen. In den Versuchen wurde die höchste Sensitivität

verwendet, um in möglichst vielen Sensorzellen eine Aktivität feststellen und so ausreichend

Daten aufzeichnen zu können. Die Folie kann konstruktionsbedingt Drücke von 48 kPa (=4,8

N/cm²) bis zu 172 kPa (=17,2 N/cm²) messen, was für die auftretenden Belastungen im

Patellofemoralgelenk als adäquat erschien.

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3.2.2. I-Scan Version 5.90 zur Datenerfassung

Die Software I-Scan der Firma Tekscan diente zur Auswertung und Veranschaulichung der

von der Drucksensorfolie übermittelten Datenmengen. Mittels dieser Software war es

möglich, dynamische Messungen in Echtzeit durchzuführen und aufzuzeichnen. Weiterhin

wurde die Sensorfolie mithilfe dieser Software equilibriert. Equilibrieren bedeutet, dass mit

der Materialprüfmaschine ein konstanter Druck über die gesamte Messfläche der Folie

appliziert wurde und dabei die Sensorzellen „lernen“ sollten, auftretende Drücke mit ihren

benachbarten Zellen zu vergleichen. Dies diente der Elimination von fehlerhaften

Extremwerten, welche die Endergebnisse beeinflussen könnten.

Das Programm bot weiterhin den Vorteil der einfachen Erstellung diverser Grafiken, um die

auftretenden Kräfte zu jedem Zeitpunkt der Messung veranschaulichen zu können. Ebenso

war gleichzeitig die Unterteilung der Messfläche in verschiedene Quadranten und deren

getrennte Auswertung möglich, was zusätzliche Informationen zur Kräftedistribution im

Patellofemoralgelenk lieferte. In der folgenden Abbildung wird der Startpunkt einer

Aufzeichnung während eines Versuchsablaufes dargestellt (Abbildung 15):

Abbildung 15: I-Scan Grafiken und Messbereiche

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Im rechten Bildteil befinden sich diverse Grafiken, wie sie auch zur Auswertung der Daten

verwendet wurden. Auf der Ordinate sind die gemessenen belastungsabhängigen Werte und

auf der Abszisse die Zeit aufgetragen. Die oberste Grafik veranschaulicht die Gesamtkraft

(grün) und die herrschenden Kräfte auf medialer (türkis) und lateraler (rot) Patellafläche zum

Startzeitpunkt der Messung in 15° Knie-Flexion. Die regelmäßigen „Sprünge“ in der Grafik

stellen die in 20 Sekundenabständen vorkommenden Übergangsphasen zum nächsten

Flexionsgrad dar. Die mittlere Grafik lässt sich beispielsweise so interpretieren, dass die

Kräfte im proximalen (pink) Anteil der Patella bei diesem Kniepräparat bei stärkerer Flexion

ab 75° ansteigen, während die vorher aufgetretenen, höheren Kräfte der distalen (gelb)

Patellafläche ab diesem Flexionsgrad abfallen.

Die unterste Grafik stellt noch einmal isoliert die Kräfte auf medialer Seite des

Patellofemoralgelenkes dar. Analog dazu wurden auch isoliert die Kräfte auf lateraler,

proximaler und distaler Kniescheibengleitfläche veranschaulicht (hier nicht dargestellt).

Auf der linken Seite der Abbildung ist die gesamte Sensorfläche dargestellt sowie deren

Unterteilung in die proximalen, distalen, medialen und lateralen Quadranten. Ein kleines

blaues Quadrat stellte hierbei eine einzige Sensorzelle dar, welche gerade gering belastet

wurde. Schwarz gefärbte Zellen zeigten Areale ohne Belastung zu diesem Zeitpunkt auf. Die

auftretenden Farben dienten lediglich zur optischen Quantifizierung der Kräfte, d.h. dass

beispielsweise ein rotes Feld eine sehr hohe Belastung dieser Sensorzelle anzeigte, jedoch

der exakte Wert z.B. zwischen 230 und dem Maximum von 255 lag.

Diese Daten konnten letztendlich voneinander getrennt in Excel-Tabellen überführt und

miteinander verglichen werden.

Die enthaltene Anwendung zur 2-Punkt-Kalibrierung der Sensorfolie wurde in dieser

Dissertation nicht verwendet, da sie als zu ungenau erschien. Es erfolgte stattdessen eine 10-

Punkt-Kalibrierung mittels des Statistikprogrammes SigmaStat (Systat Software, San Jose,

California, USA).

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3.2.3. SigmaStat Version 3.5 zur Datenkonversion

SigmaStat (Systat Software, San Jose, California, USA) ist eine gängige Anwendung zur

computergestützten Datenauswertung, speziell bei statistischen Fragestellungen. Mittels

SigmaStat können auftretende Effekte unter Gruppen miteinander verglichen werden. Das

Programm liefert im Anschluss eine detaillierte Beschreibung der Ergebnisse.

In dieser Arbeit war die Fähigkeit zur Regressionsanalyse mittels der Polynom-Regression

von großer Bedeutung (Abbildung 16). Hierbei wurde eine mathematische Formel erstellt,

welche in Excel-Tabellen eingefügt werden konnte. Dies half in erster Linie bei der

Kalibrierung der Sensorfolie sowie der Überführung der aufgezeichneten Rohdaten in Werte

mit der SI-Einheit „Newton“. Somit wurde eine Vergleichbarkeit der Werte sichergestellt. Für

jede verwendete Druckmessfolie musste mittels der Polynom-Regression eine eigenständige

Formel verwendet werden, da jede Folie andere native Werte bei gleicher definierter

Belastung anzeigte.

Weiterhin konnten mit dieser Anwendung deskriptive Statistiken und Grafiken kreiert

werden.

Abbildung 16: Beispiel der zu vergleichenden Rohdaten (rechte Spalte "2-x") mit den definierten Werten in der Einheit Newton (linke Spalte "1-y") und der entsprechenden Formel (schwarz markiert)

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3.3. Versuchsaufbau

3.3.1. Fixierung des Kniegelenkes zur Messung der Kniegelenkskinematik

In der Literatur existieren verschiedene Modelle vollautomatischer Kniekinematoren, welche

eine möglicherweise höhere Genauigkeit im Hinblick auf eine statische Fixierung auf einem

definierten Flexionsgrad erlauben (Müller O, 2009). Der Mangel einer solchen Apparatur für

die vorliegende Arbeit und das damit verbundene „Fehlen“ dieser zusätzlichen Genauigkeit

wurde durch diverse Vorkehrungen minimiert.

Die Fixierung des gesamten Präparates wurde so gestaltet, dass äußere Einflüsse beim

Arbeiten am jeweiligen Präparat keine Auswirkungen auf die Position desselben hatten.

Dazu wurde die Längsachse des Femurknochens des jeweiligen Kadaverpräparates stets

parallel zur Horizontalen an der Haltevorrichtung fixiert. Das Winkelmessgerät wurde

ebenfalls parallel zur Tibiavorderkante an derselben fixiert. Auf diese Weise und die vor

Beginn der Versuchsreihe durchgeführte Validierung des Winkelmessgerätes mittels der

infrarotgesteuerten Navigation der Firma Stryker (Kalamazoo, Michigan, USA) konnte eine

genaue Einstellung der nötigen Flexionsgrade des Knies erfolgen. Die Flexion sowie die

Fixierung des Knies auf dem jeweiligen Flexionsgrad erfolgten stets manuell und wurden

vom gleichen Untersucher durchgeführt, um interindividuelle Variationen während eines

Versuchsdurchlaufes zu minimieren. Während eines kompletten Versuchsdurchlaufes

wurden weder die femoralen noch die tibialen Fixierungen gelöst, sodass bei allen

Messungen die gleichen Flexionswinkel exakt eingestellt werden konnten.

Zur stabilen Fixierung der Kniepräparate musste zu Beginn der Forschungsarbeit zunächst

eine Konstruktion entwickelt werden, welche folgenden Anforderungen entsprach:

Die Halterung musste eine ausreichende Stabilität gewährleisten, damit die Präparate unter

Zug an der Rectus femoris Sehne mittels der Materialprüfmaschine positionsgenau fixiert

wurden (Abbildung 17). Lageanomalien des Os femoris durften unter Belastung weder in der

horizontalen noch in der vertikalen Orientierung auftreten, um keine Verfälschung der

Winkelgrade bei den darauffolgenden Messungen zu verursachen. Durch mehrere

Schrauben, welche die Kortikalis des Oberschenkelknochens beidseitig mit der

Haltevorrichtung verbanden, entstand eine Rotations- und Winkelstabilität. Eine Bewegung

konnte daher lediglich wie gewünscht im Kniegelenk stattfinden.

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Abbildung 17: Halteapparatur an Materialprüfmaschine fixiert, Sicht von vorne

Abbildung 18: Versuchsaufbau mit Beschriftung, Sicht von medial

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Um einen konstanten Zug von 50 Newton an der Rectus femoris Sehne mittels

Materialprüfmaschine zu applizieren und eine physiologische Muskelkraft zu simulieren,

wurde eine Fixierung etabliert, welche die Sehne mit der beweglichen Traverse der

Materialprüfmaschine verband (Abbildung 18). Damit eine physiologische Zugrichtung in der

Horizontalen gewährleistet werden konnte, wurde an das Metallgerüst eine frei bewegliche

Umlenkrolle angebracht und die Zugkraft zur senkrecht agierenden Traverse umgeleitet.

Durch die freie Beweglichkeit und somit Reibungslosigkeit wurden keine Verfälschungen

hinsichtlich der Zugkraft auf die Sehne hervorgerufen.

Mit Hilfe eines mobilen Röntgengerätes wurde bei allen Präparaten eine standardisierte

Patella-Aufnahme (Merchant View) (Merchant AC, 1974) des intakten Knies, des

Kniegelenkes nach Simulation einer MPFL-Ruptur sowie nach MPFL-Rekonstruktion

durchgeführt um Divergenzen hinsichtlich des patellaren Tilts und Shifts aufzeichnen zu

können. Hierzu wurden entsprechende Befestigungen des Röntgenschirms an der

Haltevorrichtung angebracht.

Abbildung 19: Versuchsaufbau aus der Sicht von medial, vergrößert, MPFL hier bereits inzidiert

Weiterhin wurde an der Tibiavorderkante eine Metallschiene mit einer Schraube befestigt

und daran wiederum der digitale Winkelmesser (Abbildung 19). Die Flexion im Kniegelenk

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konnte damit nach Validierung mittels Knie-Navigation (Stryker) dynamisch unter definierten

Flexionsgraden exakt bestimmt werden. Für die exakte Durchführung und

Reproduzierbarkeit der Versuche musste eine klar definierte Flexion im Kniegelenk

stattfinden. Es wurden die Kräfte im Femoropatellargelenk bei 15, 30, 45, 60, 75 und 90°

Flexion für eine Dauer von 20 Sekunden aufgezeichnet.

Abbildung 20: Zugkraft an der Rectus femoris Sehne, "Einpendeln" der Materialprüfmaschine auf 50 N

Durch den 50 N starken Zug an der Sehne des Musculus rectus femoris wurde stets eine

Extension im Kniegelenk forciert. Um nun die erforderlichen Kräftemessungen an den

definierten Positionen durchzuführen, wurde die Flexion manuell eingestellt und an den

entsprechenden Winkelpositionen für 20 Sekunden fixiert. Dabei wurde stets auf eine

optische Kontrolle des Flexionsgrades anhand des Winkelmesserdisplays geachtet. Die

ersten 10 Sekunden der Aufzeichnung zur Einstellung des korrekten Winkels sowie zum

„Einpendeln“ der Materialprüfmaschine auf konstante 50 N wurden nicht für die

Auswertung berücksichtigt (Abbildung 20).

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3.3.2. Fixierung der Druckmessfolie im patellofemoralen Gleitlager

Die Fixierung der Druckmessfolie an der Rückfläche der Patella erfolgte mittels mehrerer

resorbierbarer Fäden der Stärke 3-0 in Einzelknopftechnik zur Verbindung der Folie mit den

angrenzenden Weichteilen (Abbildung 21). Dies gewährleistete eine ausreichende Stabilität

der Folie gegenüber Scherkräften während der Mobilisation. Somit konnte eine spätere

Vergleichbarkeit der retropatellar

lokalitätsbezogenen aufgezeichneten Werte

sichergestellt werden.

Die Einbringung der Druckmessfolie in das

Gelenk erfolgte über einen lateralen

Hautschnitt, der bis zum proximalen

Femurstumpf reichte. Hierbei wurden die

Weichteile gelenknah durchtrennt, die

laterale Gelenkkapsel eröffnet und die Patella nach medial evertiert. Die mediale

Gelenkkapsel blieb hierbei intakt. Unterhalb des Streckapparates wurde das Aufnahmegerät

mit der Druckmessfolie verbunden und an den PC angeschlossen. So konnte der Zug an der

Rectus femoris Sehne ohne störenden Einfluss appliziert werden. Die Patella wurde wieder

invertiert und die Folie auf die korrekte Position hin mittels des I-Scan Programmes

überprüft. Hierbei wurde manuell

Druck auf die Patella auf lateraler,

proximaler, distaler und medialer

Seite ausgeübt. Hierdurch wurde

evaluiert, ob alle Bereiche

sensorisch erfasst wurden. Der

laterale Hautschnitt wurde nach

Implantation aller Komponenten

und der gültigen Folienposition

möglichst anatomisch

verschlossen (Abbildung 22).

Abbildung 22: lateraler Hautverschluss mit fortlaufender Naht, proximal ist das Sensorgerät mit der Folie konnektiert

Abbildung 21: Druckmessfolie ohne Beklebungsschutz an Patellarückfläche fixiert, Sicht von ventral

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Diverse Anforderungen konnten mit diesen Fixierungsmethoden erfüllt werden, um

reproduzierbare und vergleichbare Daten zu erhalten. Die wichtigste Komponente war

hierbei die exakte Position der Messfolie, sodass sich die gesamte Knorpelfläche der Patella

bedeckt zeigte. Nur so konnte gewährleistet werden, dass in allen vier Quadranten

Kräftemessungen möglich waren. Auch in anderen Studien wurden die Druckmessfolien mit

Fäden fixiert und als „sicherste“ Variante beschrieben (Ostermeier S, 2007; Wilharm A,

2006). Weiterhin wurde durch die Nahtfixierung eine Translation der Folie während den

Flexionsbewegungen verhindert und ein dauerhafter Kontakt mit der patellaren Rückfläche

gewährleistet, sodass eine Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit der Versuche im

nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL sichergestellt wurden.

Ein Abknicken der Folie und daraus resultierende verfälschte Kräftemessungen konnten

durch die Einbettung der Folie in eine Klebeschicht verhindert werden. Ebenso wurde die

Haltbarkeit der Folie hierdurch prolongiert. Die Datenübermittlung litt nicht unter dieser

Augmentation, die Folie blieb stets sensitiv. Dies wurde vor Beginn der Versuchsreihe

getestet und anhand eines Vergleichs mit der überarbeiteten Technik bestätigt.

Auch bei der Rekonstruktion des MPFL wirkte die Folie nicht störend, d.h. die notwendigen

Bohrungen konnten an der Messfolie vorbeigeführt werden, ohne diese zu beschädigen.

Weiterhin hatte sie keinen Kontakt zum MPFL bzw. zum autologen Ersatztransplantat und

konnte folglich die konsekutiv durchgeführten Messungen nicht beeinflussen.

Damit die Genauigkeit der Druckmessfolie zusätzlich verbessert wurde, um die detektierten

Kräfte von Feinheiten auf der chondralen Oberfläche unbeeinflusst zu lassen, erfolgte vor

Beginn die mehrfache Konditionierung sowie die Equilibrierung der Folie. Auf diesem Wege

konnte die Sensitivität zur Datenaufzeichnung nochmals gesteigert werden. Um die

aufgezeichneten Daten der SI-Einheit Newton zuführen sowie den Bezug zur detektierten

Fläche ausschalten zu können, wurde die 10-Punkt-Kalibrierung der Folie unter definierten

Bedingungen durchgeführt und die Polynom-Regressionsanalyse mittels SigmaStat

durchgeführt. Der Vorteil dieses Verfahren lag darin, dass eine 10-Punkt-Kalibrierung

exaktere Werte im Vergleich zur 2-Punkt-Kalibrierung erbrachte. Dies wurde vor Beginn der

Versuchsreihe ebenfalls getestet und bestätigt.

Nachdem alle Messungen beendet wurden, erfolgte bei der schonenden Explantation der

Folie eine erneute Kontrolle ihrer Position, um letztendlich keinen Messfehler während der

Versuchsreihe zu übersehen.

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3.3.3. Materialprüfmaschine Z020

Mittels der Materialprüfmaschine Z020 der Firma Zwick (Ulm, Deutschland) werden in der

Praxis verschiedenste Materialien oder Produkte auf ihre maximale Belastbarkeit hin

getestet. Dies geschieht in der Regel durch einen Druck oder Zug auf das jeweilige Objekt.

Hierbei können verschiedene Stufen der Belastung eingestellt werden, welche sich in

definierten Zyklen wiederholen. Währenddessen werden die Stauchung bzw. die Elongation

des Testobjektes von der Maschine aufgezeichnet, bis die Prüfung schließlich bei einem

eingestellten Maximalwert abgebrochen wird. Dies kann z.B. ein plötzlicher Kraftverlust oder

eine rapide Elongation bzw. Stauchung sein. Um diese Prüfungen durchführen zu können,

besitzt die Maschine zwei Schraubzwingen zur Fixierung des zu testenden Objektes. Eine

Zwinge ist statisch angebracht, während die andere über eine Traverse senkrecht zu der

ersten mobil ist und einen Zug oder Druck ausüben kann.

Abbildung 23: Materialprüfmaschine, Sicht von hinten auf den Versuchsaufbau

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In dieser Arbeit diente die Materialprüfmaschine zum einen dazu, einen konstanten Zug an

der Rectus femoris Sehne von 50 N zu simulieren (Abbildung 23), entsprechend einer

geringen Quadrizepsspannung, wie sie auch unter physiologischen Bedingungen vorliegt.

Vorherige Versuche haben zusätzlich gezeigt, dass die applizierten Zugkräfte einen

optimalen Anpressdruck der Patella in die Trochlea femoris und die damit ideale Auswertung

der Tekscan-Daten ermöglichen. Ebenso erfolgt die klinisch relevante Luxation bei eher

geringerer Quadrizepsspannung. Der Vorteil hierbei war, dass die Traverse sich in kürzester

Zeit automatisch in ihrer Höhe und somit Zugkraft regulierte, um stets die 50 N applizieren

zu können. Analog dazu konnten konstante 10 N Zugkraft erzeugt werden, um eine

Vorspannung für die radiologischen Merchant-Aufnahmen aufzubringen.

Zum anderen konnten die Ersatztransplantate auf ihre Stabilität hin überprüft werden und

dabei die Elongation aufgezeichnet werden, um die Transplantate im Nachhinein

miteinander vergleichen zu können. Dies geschah mittels eines programmierten zyklischen

Belastungsschemas.

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3.3.4. Validierung des digitalen Winkelmessgerätes

Abbildung 24: Versuchsaufbau zur Validierung des digitalen Winkelmessers

Der handelsübliche batteriebetriebene digitale Winkelmesser sollte zunächst auf seine

Genauigkeit hin überprüft werden. Dazu wurde ein optisch gesteuertes Navigationssystem

der Firma Stryker (CCD-Präzisionskamerasystem Flashpoint FP6000) verwendet, welches

sonst beispielsweise beim navigierten endoprothetischen Gelenkersatz eingesetzt wird

(Abbildung 24). Anhand von 5 künstlichen und 5 humanen Kniepräparaten sollte der

Winkelmesser folgendermaßen validiert werden: Das Winkelmessgerät wurde analog zu den

späteren Versuchen an der Tibiavorderkante über eine fest fixierte Metallschiene

angebracht und auf ebenem Untergrund der Nullwert eingestellt. Daneben wurden die

optischen Kontrolleinheiten der Navigation nach Anleitung an den entsprechenden

femoralen und tibialen Ansatzpunkten fixiert. Das Knie selbst wurde femoral so fixiert, dass

keine Rotation oder Translationsbewegung möglich war. Ebenso verblieb der

Oberschenkelknochen während der gesamten späteren Flexion in der Horizontalen.

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Der Empfänger der Navigation wurde so eingestellt, dass beide Trackingelemente über

infrarot sichtbar waren. Danach erfolgte das Abtasten der durch das Programm definierten

anatomischen Strukturen des Kniegelenkes mittels des ebenfalls optisch kontrollierten

Pointers. Auf diese Weise wurde dem System die exakte Position der Trackingelemente

mitgeteilt und mehrere Winkel auf dem Display angezeigt. Die Angabe von Varus/Valgus-

Stellung sowie der internen Rotation dienten lediglich zur Kontrolle der Knieposition. Der

Flexionsgrad zeigte sich als wichtigste Winkelangabe. Das Knie wurde in maximale

Extensionsstellung gebracht und die Winkelangaben sowohl des Winkelmessers als auch die

der Navigation notiert. Dies wurde nun bei diversen Beugungswinkeln durchgeführt.

Zum Schluss wurden die gemessenen Winkel in einer Tabelle gegenübergestellt und

miteinander auf Differenzen hin verglichen (Tabelle 1). Hierbei wurde eine hohe Genauigkeit

mit einer Abweichung von durchschnittlich unter 1° festgestellt. Somit konnte eine

ausreichende Messgenauigkeit des digitalen Winkelmessers demonstriert werden.

Tabelle 1: Winkelmessungen zum Vergleich des digitalen Winkelmesser mit der Navigation

Präparat Nr. Winkel Bevel Box Winkel Navigation Abweichung

1 0 0 0

30,1 30 0,1

60,1 60 0,1

90 91 1

2 0 0 0

30,1 32,5 2,4

59,9 62 2,1

90,3 91,5 1,2

3 0 0 0

10 10 0

30 30 0

60 57,5 2,5

90 85 5

4 0 0 0

10 10 0

30,1 30 0,1

59,9 58,5 1,4

89,9 86,5 3,4

5 0 0 0

20,2 20 0,2

30 30 0

45 45 0

59,9 59,5 0,4

75,1 74 1,1

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3.3.5. Röntgenkontrolle mittels Merchant-Aufnahme

Die Röntgenaufnahmen des Patellofemoralgelenkes wurden in Merchant-Technik

angefertigt. Die Merchant-Aufnahme wurde bereits 1974 entwickelt und diente seither der

Beurteilung der Position der Patella im femoropatellaren Gleitlager (Merchant AC, 1974;

Merchant, 2001). Mit dieser axialen Aufnahme war es möglich, den Patella-Tilt und -Shift zu

evaluieren.

In der vorliegenden Dissertation wurden pro Knie drei Aufnahmen bei einer

Röhrenspannung von 50 kV und 20 mAs angefertigt. Das erste Bild erfolgte im nativen

Zustand des Knies mit intaktem MPFL. Die zweite Aufnahme erfolgte nach Resektion und die

letzte Aufnahme nach Rekonstruktion des MPFL mit dem jeweiligen Ersatztransplantat. Alle

Röntgenbilder wurden bei einer Flexion von 45° im Kniegelenk angefertigt. Um eine

Vergleichbarkeit der einzelnen Röntgenaufnahmen sowohl für dasselbe Versuchsknie als

auch für alle anderen Versuche zu gewährleisten, wurden Markierungen zur Position der

Röntgenmobilette sowie aller Positionen der Haltevorrichtung für das Kniepräparat erstellt.

Durch diese Standardisierung gelang es, den Zentralstrahl stets so auszurichten, dass er

parallel zur Patellarückfläche verlief und von proximal nach distal senkrecht auf dem

Röntgenschirm auftraf. Um interindividuelle Schwankungen hinsichtlich der Messergebnisse

zu vermeiden, wurden alle Röntgenbilder durch denselben Untersucher vermessen.

Während allen Aufnahmen wurde mithilfe der Materialprüfmaschine ein Zug von 10 N an

der Rectus femoris Sehne appliziert, um eine möglichst physiologische Muskelspannung und

ein standardisiertes Anpressen der Patella in die Trochlea femoris zu gewährleisten. Mithilfe

der Dezentrierungsstrecke nach Hepp (Hepp, 1986) konnte die Position der Patella in der

Frontalebene bestimmt und eine eventuell nach Resektion und Rekonstruktion des MPFL

auftretende Veränderung hinsichtlich der lateralen Translation im Vergleich zum nativen

Zustand erhoben werden. Um diesen Parameter zu messen, wurde eine Tangente entlang

der Femurcondylen gebildet und am höchsten Punkt der lateralen Condyle das Lot zu dieser

Tangente gebildet. Ebenfalls wurde das Lot zu dieser Tangente eingezeichnet, welches den

lateralen Rand der Patella tangiert. Der Abstand zwischen diesen beiden Lots ergab die

Dezentrierungsstrecke (Abbildung 25).

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Nach akutem Trauma mit der Folge einer Patellaluxation und konsequenter Ruptur des MPFL

ist mit einem Hämarthros bzw. zumindest eines serösen intraartikulären Reizergusses zu

rechnen. Diese i.a. Volumenzunahme kann in vivo eine größere Lateralisation bzw.

Verkippung der Patella zur Folge haben als in den Versuchen dieser Arbeit, da ein i.a. Erguss

am Kadaverknie nur schwierig zu simulieren wäre. Dennoch konnte ein fehlender Erguss für

die Fragestellung dieser Arbeit hilfreich sein. Es war somit möglich, lediglich die Einflüsse

einer Resektion und Rekonstruktion des MPFL auf den patellaren Tilt und Shift zu erheben,

da sämtliche umgebenden Strukturen unangetastet blieben und die eigentliche Verkippung

und Lateralisation nicht beeinflussten.

Mithilfe der Bestimmung des lateralen Patellofemoralwinkels nach Laurin (Laurin CA, 1979)

konnte der patellare Tilt im patellofemoralen Gleitlager und dessen Änderung nach

Resektion und Rekonstruktion des MPFL im Vergleich zum Ursprungszustand quantifiziert

werden. Hierzu wurde der Winkel zwischen der bereits oben beschriebenen Tangente der

Femurcondylen und einer Geraden, welche die Endpunkte der lateralen Patellafacette

verbindet, gebildet. Laurin zufolge sollte dieser Winkel bei über 97% der Menschen nach

lateral geöffnet sein, wobei kein „Normalwert“ existiert (Laurin CA, 1979). Zu erwarten wäre

Abbildung 25: Dezentrierungsstrecke nach Hepp, rot: Tangente der Femurcondylen, gelb: Lots, Abstand zwischen den Lots bildet die Dezentrierungsstrecke. Knie aus Versuch Nr. 13, Druckmessfolie in situ

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eine Verminderung der „Öffnung“ (der Winkel würde spitzer) nach Resektion sowie eine

stärkere Öffnung (der Winkel würde stumpfer) nach Rekonstruktion des MPFL.

Bei etwa 60% aller Patienten, welche eine Subluxation der Patella aufwiesen, wurde eine

nahezu parallele Anordnung beider Geraden festgestellt und bei dem Rest sogar ein Öffnen

des Winkels nach medial (Laurin CA, 1978). Somit hätte eine Ruptur des medialen

Retinakulums ein Aufklaffen an der medialen Patellafacette zur Folge, welches radiologisch

erkennbar wäre. Nach Rekonstruktion des MPFL sollte dieser Spalt konsequenterweise

wieder geschlossen sein.

Nach Abschluss aller Röntgenaufnahmen wurden diese dahingehend beurteilt, ob eine

Veränderung des Patella-Tilts (Abbildung 26) und -Shifts nach Resektion des MPFL bzw. nach

seiner Rekonstruktion festzustellen war.

Abbildung 26: Patellofemoralwinkel nach Laurin, rot: Tangente der Femurcondylen, gelb: Gerade durch die Endpunkte der lateralen Patellafacette. Knie aus Versuch Nr. 13, Druckmessfolie in situ

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3.3.6. Röntgenkontrolle während Rekonstruktion mittels C-Bogen

Wie in vorherigen Abschnitten erwähnt, ist es essentiell, während der anatomischen

Rekonstruktion des MPFL den exakten femoralen Insertionspunkt zu finden. Dies wurde in

dieser Arbeit mithilfe eines mobilen Röntgenbogens erreicht (Abbildung 27). Es wurde ein

streng seitliches Bild angefertigt, bei dem die posterioren Femurcondylen kongruent

übereinanderlagen.

Abbildung 27: Aufbau des C-Bogens inklusive technischem Setup zur Rekonstruktion des MPFL

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In der Technik nach Schöttle (Schöttle PB, 2007) konnte damit eine anatomische

Positionierung des femoralen Fixationspunktes erreicht werden. Ebenso erfolgten die

patellaren Fixationsbohrungen unter fluoroskopischer Kontrolle in korrekter Position in den

oberen zwei Dritteln des medialen Patellarandes (Abbildung 28). Mit dieser Technik war es

letztendlich möglich, eine anatomische Rekonstruktion des medialen patellofemoralen

Bandes an allen getesteten Präparaten durchzuführen.

Abbildung 28: Seitliche Durchleuchtung mittels C-Bogen, hier femoraler Insertionspunkt des MPFL markiert, welcher in der Technik nach Schöttle reproduziert werden kann

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3.3.7. Aufbau für zyklische Belastung mittels Materialprüfmaschine

Nach Beendigung der Messungen wurden die Ersatztransplantate abschließend auf ihre

Stabilität hin geprüft.

Die Kadaver wurden zunächst von sämtlichen Weichteilen befreit, sodass lediglich der

Femurknochen, die Patella sowie das Transplantat verblieben. Das Femur wurde horizontal

in die Materialprüfmaschine eingespannt, sodass sich der Bohrkanal im Lot zur Zugrichtung

befand. Die Patella wiederum wurde vertikal in der oberen Schraubzwinge der

Zwickmaschine fixiert, sodass hier die Position Bohrkanäle ein „worst case“ Szenario

bezüglich der Biomechanik darstellte, da parallel zur Zugrichtung gezogen wurde (Abbildung

29). Hiermit sollten die Verankerungen und die Transplantate selbst auf ihre Stabilität hin

überprüft werden. Eine ähnliche Technik zur biomechanischen Evaluation der Transplantate

wurde bereits von Lenschow und Herbort durchgeführt (Lenschow S, 2013; Herbort M,

2014). Es wurde darauf geachtet, dass beide Schenkel der Grafts gleich gespannt waren, um

keine Verzerrungen hervorzurufen (Abbildung 30). Nach dem Einspannen erfolgte die

zyklische Belastung. Eine detaillierte Beschreibung des Belastungszyklus und der

aufgezeichneten Daten wird im folgenden Kapitel des Versuchsablaufes gezeigt.

Abbildung 30: Gleiche Vorspannung der einzelnen Transplantat-Stränge

Abbildung 29: Übersicht Versuchsaufbau. Patella Quer eingespannt, sodass die Bohrkanäle parallel zur Zugrichtung verlaufen

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3.4. Versuchsdurchführung

3.4.1. Kalibrierung und Einstellungen

Ein grundlegender Baustein zur Druckmessung im patellofemoralen Gelenkspalt war die

Konditionierung, die exakte Equilibierung und Kalibrierung der Tekscan-Druckmessfolie.

Die Folie wurde zunächst konditioniert, um alle Sensoren „zu aktivieren“. Hierzu wurde

fünfmal eine Kraft von über 1000 N auf die Gesamtfläche der Folie appliziert.

Im Anschluss erfolgte die Equilibrierung der Folie. Die Equilibrierung diente der Elimination

von detektierten Extremwerten benachbarter Sensorzellen. Durch diesen Vorgang wurde

jede einzelne Sensorzelle dahingehend beeinflusst, dass sie bei Belastung den von ihr

aufgenommenen Druckwert mit dem ihrer angrenzenden Zellen verglich und entsprechend

plausibel regulierte. Dies führte zu einer Erhöhung der Sensitivität der Druckmessfolie.

Die Kalibrierung beschrieb einen Vorgang zur Umwandlung der mittels der Druckmessfolie

aufgezeichneten Messwerte in reelle Werte mit zugehörigen SI-Einheiten. Für die

Kräftemessungen wurde die SI-Einheit Newton selektiert. Mit Hilfe des Statistikprogrammes

SigmaStat wurde hierzu eine 10-Punkt- Kalibrierung durchgeführt.

Seite 59 von 122

3.4.2. Versuchsablauf

Nach den oben geschilderten technischen Vorbereitungen zur Winkelmessung,

retropatellaren Druckmessung sowie der Applikation einer definierten Traktion an der

Rectus femoris Sehne folgte die Aufzeichnung

der einzelnen Messzyklen inklusive der

Rekonstruktion des MPFL eines humanen

Kniepräparates mit dem jeweiligen

Ersatztransplantat. Nach lateraler Inzision und partieller Resektion des Hoffa-Fettkörpers

wurde die Patella evertiert. Die Fixation der Druckmessfolie erfolgte wie demonstriert an der

Patellarückfläche (Abbildung 31 und 32). Nach Reposition der Patella wurde die korrekte

Position der Folie überprüft und es erfolgte ein Verschluss der lateralen Inzision mittels

fortlaufender Hautnaht.

Nach Applikation einer Traktion von 10 N an der Rectus femoris Sehne wurde die erste

Merchant-Aufnahme angefertigt.

Um den ersten Messzyklus aufzeichnen zu können, wurde die Traktionskraft darauffolgend

auf 50 N angepasst. Der Beginn der Messung erfolgte bei einer Flexion von 15° im

Kniegelenk. Nach 20 Sekunden in dieser statischen Position wurde das Knie auf 30° flektiert

und für weitere 20 s in der aktuellen Position fixiert. Die Messung wurde in 15°-Schritten bis

einschließlich 90° fortgeführt. Danach wurde die Aufzeichnung mittels I-Scan beendet und

Abbildung 32: Folienposition im Gelenkspalt, Patella invertiert, Ansicht von lateral

Abbildung 31: Evertierte Patella, Hoffa Fettkörper reseziert, Ansicht von ventral

Seite 60 von 122

zur späteren Auswertung gesichert. Mit dieser ersten Messung konnten so die

Kräfteverhältnisse zum Zeitpunkt eines intakten MPFL dargestellt werden.

Der nächste Arbeitsschritt beinhaltete die Präparation und Resektion des nativen MPFL.

Hierzu wurde eine ca. 5 cm lange Inzision zwischen Unterrand des Margo medialis patellae

und anteriorem Kortex der medialen Femurcondyle gesetzt. Nach stumpfer Präparation

wurde das MPFL dargestellt, fotodokumentiert und gänzlich mit einer Präparierschere

durchtrennt. Die Resektion erfolgte bis weit nach proximal, sodass ebenso die

Verbindungsfasern zum Vastus medialis durchtrennt wurden. Die Gelenkkapsel wurde

hierbei nicht perforiert (Abbildung 33).

Abbildung 33: MPFL reseziert, darunterliegende, intakte Synovialmembran erkennbar, darunter wiederum die gelb

ummantelte Druckmessfolie an korrekter Position; Ansicht von ventromedial

Seite 61 von 122

Nun wurden wieder 10 N Zug durch die Materialprüfmaschine appliziert und analog die

zweite Merchant-Aufnahme angefertigt. Nach Umstellung auf 50 N Traktion erfolgte die

zweite Druckmessung, welche ebenfalls identisch im Ablauf zur ersten Messung

durchgeführt und gesichert wurde. Die autologen Ersatztransplantate wurden, wie bereits

beschrieben, gewonnen und armiert.

Im nächsten Schritt wurde eine „anatomische“ MPFL-Rekonstruktion mittels autologer

Gracilissehne oder Fascia lata analog zur Operationstechnik nach Schöttle durchgeführt

(Schöttle PB, 2010):

Technik für das Gracilis-Sehnentransplantat:

Die bereits vorhandene mediale Inzision wurde dazu genutzt, am medialen Patellarand

sämtliche Weichteile mit einem Luer zu entfernen. Folgend wurde der Vastus medialis

identifiziert und eine Schere zwischen dieser Struktur und der Gelenkkapsel in Richtung

Epicondylus medialis femoris geführt. Mittels der gespreizten Schere wurden umliegende

Weichteile gelockert, sodass eine gebogene Overhold-Klemme durch diese Schichten, wo

sich das ursprüngliche MPFL befand, geführt. Zusätzlich wurde darauf geachtet, die

Gelenkkapsel nicht zu perforieren.

Seite 62 von 122

Mittels des C-Bogens wurde ein streng seitliches Röntgenbild angefertigt und der

anatomische Ansatzpunkt des MPFL identifiziert. Die Spitze der Klemme wurde daraufhin

exakt an diesen Punkt transferiert und eine kleine Inzision an dieser Stelle gesetzt. Durch

diesen geschaffenen Kanal wurde mithilfe der Klemme eine Fadenschlinge nach proximal

ausgeleitet. Diese Schlinge diente zur späteren Führung des Ersatztransplantates an den

anatomischen femoralen Ansatzpunkt. Um das Ersatztransplantat an der Patella zu fixieren,

wurden zunächst zwei Führungsdrähte tangential in die proximalen zwei Drittel des

medialen Patellarandes eingebracht und mit einem kanülierten 4 mm Bohrer bis zu einer

Tiefe von 2 cm überbohrt (Abbildung 34).

Abbildung 34: Parallele Bohrkanäle in den proximalen zwei Dritteln der Patella, Ansicht von medial

Seite 63 von 122

Die beiden Bohrkanäle sollten nach Möglichkeit parallel zueinander angeordnet sein

(Abbildung 35).

Die freien und armierten Enden des Gracilis-Transplantates wurden nacheinander in jeweils

einem Bohrloch verankert. Hierzu wurde ein 4,75 auf 15 mm großer SwiveLock Anker der

Firma Arthrex (Naples, USA) verwendet. Die Fadenenden wurden durch die kleine Öse an der

Spitze des Ankers geführt und an dem Schraubendreher fest fixiert.

Abbildung 35: Kontrolle der Position der Bohrkanäle mittel seitlicher Röntgenaufnahme

Seite 64 von 122

Unter dosiertem Druck und Gegenhalt an der kontralateralen Patellaseite wurde jedes

Transplantat in das jeweilige Bohrloch eingedreht, bis der Anker vollständig im Knochen zu

Liegen kam (Abbildung 36).

Abbildung 36: SwiveLock Anker mit Transplantat, Ansicht von ventromedial

Als Resultat erhielt man zwei in der Patella fixierte Bündel und eine freie

Transplantatschlaufe (Abbildung 37).

Abbildung 37: Länge des Gracilis-Grafts, die Schere markiert den Shuttlekanal, die Schlaufe des Führungsfadens liegt bereit

Seite 65 von 122

Diese Schlaufe wurde anschließend mithilfe des Shuttlefadens zwischen den anatomischen

MPFL-Schichten zwei und drei bis zum femoralen Insertionspunkt hindurchgeführt

(Abbildung 38).

Unter radiologischer Kontrolle

wurde im nächsten Schritt ein

Führungsdraht durch den

Insertionspunkt des MPFL gebohrt

(Abbildung 39). Erneut wurde der

Führungsdraht bis zur

Gegenkortikalis mit einem

kanülierten Bohrer mit einem

Durchmesser von 6 mm überbohrt.

Mithilfe der Fadenschlaufe, welche

durch die Öse des Führungsdrahtes

und um das Transplantat gelegt

Abbildung 39: Mit Führungsdraht markierter anatomischer Insertionspunkt des MPFL

Abbildung 38: Transplantat durch die Weichteilschichten geshuttled, der Draht zum Einzug des Grafts in den femoralen Bohrkanal am nativen Insertionspunkt des MPFL bereits einliegend

Seite 66 von 122

wurde, konnte das Gracilis-Graft in den Bohrkanal eingezogen und beide Bündel zusammen

gespannt werden. Dies fand entsprechend der Technik nach Schöttle et al. in einer Flexion

von 30° statt, mit der Begründung, dass hier die anatomisch bedingte Hauptfunktion und

Maximallänge des MPFL liegt und daher die Lage und Führung der Patella in dieser Position

validiert werden sollten. Das patellare Tracking wurde manuell überprüft und die definitive

Befestigung erfolgte unter minimaler Spannung, sodass eine physiologische Translation der

Patella von ca. 1 cm weiterhin gegeben war. Darüber hinaus wurde nach Fixierung die

physiologische Bewegung der Patella bis 90° Flexion überprüft und darauf geachtet, eine

annähernd isometrische Spannung des MPFL über die gesamte Bewegung zu gewährleisten.

Der laterale Patellarand zeigte sich hierbei meist in einer Linie mit der lateralen

Trochleagrenze. Die finale femorale Fixierung des Grafts erfolgte mit einer bioresorbierbaren

Interferenzschraube (6x28 mm, Arthrex, Naples, USA) (Abbildung 40).

Abbildung 40: femorale bioresorbierbare Interferenzschraube (Arthrex, Naples, USA)

Seite 67 von 122

Technik für das Fascia lata Transplantat:

Grundsätzlich erfolgte der Ablauf bzgl. Präparation der Patella und dem zugehörigen

Weichgewebe sowie der Bohrungen analog zur oben beschriebenen Technik. Lediglich bei

der Fixierung der Transplantate bestanden Differenzen.

Es zeigte sich, dass beide Stränge einzeln und unabhängig voneinander anzuspannen waren

(Abbildung 41). Hierzu wurde ebenfalls in 30° Flexion an den entsprechenden Führungsfäden

des jeweiligen armierten Einzelstranges eine manuelle Traktion bis zur gewünschten

Spannung des Einzelstranges ausgeübt. Die femorale Fixierung erfolgte analog mittels einer

bioresorbierbaren Schraube (6x28 mm, Arthrex, Naples, USA).

Abbildung 41: beide Fascia lata Transplantate sind durch den Weichteilkanal geshuttled worden und können getrennt

voneinander in den femoralen Bohrkanal eingezogen und unter der gewünschten Spannung fixiert werden

Seite 68 von 122

Nach Rekonstruktion des MPFL mittels des jeweiligen autologen Transplantates wurde

erneut unter einer Zugkraft von 10 N an der Rectus femoris Sehne die letzte Merchant-

Aufnahme angefertigt und im Anschluss mithilfe von I-Scan die Position und die Funktion der

Druckmessfolie überprüft und unter 50 N Traktion die finale retropatellare Kraftmessung

aufgezeichnet.

Zusammenfassend wurde in 16 humanen Kniepräparaten eine Druckmessfolie implantiert

und hierbei die dort auftretenden Kräfte/Drücke auf medialer, lateraler, distaler und

proximaler Patellafläche aufgezeichnet, während das jeweilige Kniepräparat in 15°-Schritten

beginnend bei 15° Flexion bis zu 90° flektiert wurde. Diese Kräfte wurden zu jeweils drei

verschiedenen Zeitpunkten gemessen und miteinander verglichen. Die erste Messung

erfolgte bei intaktem MPFL, die zweite Messung nach Resektion des MPFL und die letzte

Messung schließlich nach Rekonstruktion des medialen patellofemoralen Bandes mittels

autologer Gracilis-Sehne bzw. zwei Fascia lata Streifen.

Seite 69 von 122

3.4.3. zyklische Belastung der Grafts

Nach Abschluss der Druckmessungen wurden die Ersatztransplantate auf ihre Stabilität hin

überprüft. Entsprechend der Arbeit von Lenschow et al. (Lenschow S, 2013) wurde mit der

Materialprüfmaschine folgender Zyklus programmiert:

Zunächst sollten die Transplantate für 20 Sekunden mit 10 N vorgespannt werden. Dann

folgten 20 Zyklen, bei denen die Spannkraft auf 20 N angehoben und für 0,3 Sekunden

gehalten wurde und wieder auf 10 N entspannt wurde. Nach diesem Zyklusmuster folgten

100 Zyklen à 50 N, ebenfalls mit einer Traktionshaltezeit für 0,3 Sekunden mit konsekutiver

Entlastung auf 10 N (Abbildung 42). Sollte das Transplantat nach diesen Zyklen stets intakt

sein, folgten weitere 10 Zyklen à 100 N. Die Traversengeschwindigkeit, also die Schnelligkeit,

mit der das Transplantat gespannt und entlastet wurde, betrug 0,33 mm/s. Der Endpunkt

der zyklischen Belastung wurde definiert als plötzliche Kraftabnahme über 25% der Zugkraft

und/oder Ausriss des Grafts. Dies wurde von der Materialprüfmaschine detektiert und in

einer Grafik festgehalten.

Abbildung 42: Beispiel für zyklische Belastung, hier Versagen des Transplantates bei ca. 163 N; Y-Achse: Kraft in N; X-Achse: Zeit in s

Abbildung 43: gleiches Beispiel, hier auf X-Achse die Elongation in mm aufgetragen

Seite 70 von 122

Aus diesen Ergebnissen wurde eine Tabelle mit zwei Kohorten erstellt. Die Elongation wurde

in Millimetern bei der jeweils anliegeden Zugkraft eingetragen (Abbildung 43). Daneben

wurde die endgültige Versagenslast in Newton (Ultimate failure load = UFL) und die

Elongation bei der UFL registriert. Weiterhin wurde notiert, an welcher Stelle das Versagen

auftrat, z.B. ein femoraler Ausriss oder eine Ruptur des Transplantates.

Seite 71 von 122

3.4.4. Statistische Auswertung

Die statistische Auswertung der Daten erfolgte mittels des Computerprogrammes SPSS

(Version 11.5.1, SPSS Inc., Leadtools, North Carolina, USA). Die zur statistischen Berechnung

anstehenden Werte sind zunächst mit dem Kolmogorov-Smirnoff-Test auf Normalverteilung

überprüft worden. Mithilfe des t-Tests für gepaarte Stichproben das wurde das

Signifikanzniveau ermittelt. So konnte eine Vergleichbarkeit der Werte mit intaktem,

reseziertem und rekonstruiertem MPFL dargestellt und die Differenzen quantifiziert werden.

Folgende Daten aus den Aufzeichnungen wurden zur Auswertung herangezogen. Innerhalb

eines Videos wurde zunächst der für die Fragestellung relevante Datenbereich abgegrenzt.

Da die Kniescheiben eine unterschiedliche Größe aufwiesen, wurde dieser quadratische

Bereich jeweils individuell angepasst. Hierzu wurde ein Quadrat für die gesamtbelastete

Fläche konstruiert. Diese Fläche wurde in vier weitere Abschnitte in identischer Größe

unterteilt. Diese Quadranten demonstrierten die Kraftverteilung auf der proximalen,

distalen, medialen und lateralen patellotrochlearen Gelenkfläche (Abbildung 44). Aus diesen

Quadranten konnten folglich jeweils mithilfe von I-Scan Grafiken erstellt werden, welche die

Kräftedistribution während den verschiedenen Flexionsgraden veranschaulichten.

Abbildung 44: Einteilung der Sensorfläche in 4 Quadranten, korrespondierende Grafik auf der rechten Seite (grün = Gesamtkraft, rot = laterale Seite, türkis = mediale Seite, gelb = distal, pink = proximal)

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4. ERGEBNISSE

4.1. Kraft- und Druckmessung Versuch 1-8 (GRACILIS-SEHNE)

GESAMTKRAFT:

Die folgende Abbildung veranschaulicht die gemessene Gesamtkraft an der retropatellaren

Gleitfläche: Auf der Y-Achse sind die Kräfte in Newton aufgetragen, die X-Achse stellt den

Flexionsgrad dar (gilt für alle weiteren Grafiken) (Abbildung 45).

Abbildung 45: Gesamtkraft Gracilis im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL

Festzustellen war, dass die Gesamtkraft im patellofemoralen Gelenkspalt mit zunehmender

Flexion sowohl im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL zunahm.

Hierbei wurden die stärksten Kräfte bei Unversehrtheit des MPFL aufgezeichnet (blaue Linie

im Diagramm). Nach Resektion des medialen Retinakulums konnte man über alle

Flexionsgrade, mit Ausnahme von 90°, eine Abnahme der im patellofemoralen Gelenkspalt

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

15 30 45 60 75 90

Gracilis Gesamtkraft in Newton: natives MPFL

Gracilis Gesamtkraft in Newton: MPFL reseziert

Gracilis Gesamtkraft in Newton: MPFL rekonstruiert

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vorliegenden Kräfte feststellen. Hierzu dient ebenfalls eine Betrachtung von Tabelle 2, bei

derer ein positives Vorzeichen für eine Kraftminderung und reziprok ein negatives

Vorzeichen für eine Zunahme der Kraft (in Newton aufgetragen) zum jeweiligen Flexionsgrad

gilt. Bei 45° Beugung erfolgte hierbei eine statistisch signifikante Kraftabnahme (p = 0,044)

von 3,08 N im Vergleich zum nativen Zustand (Signifikanzen wurden in den folgenden

Tabellen gelb hinterlegt). Im Hauptfunktionsbereich des MPFL als passiver Stabilisator bei

15° bzw. 30° minderte sich die Kraft um 2,21 N bzw. 1,59 N (p > 0,05). Paradoxerweise wurde

in 90° Flexion sogar eine diskrete Kraftzunahme um weniger als 1 N festgestellt.

Tabelle 2: Gesamtkraft, Gracilis, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert

Flexionsgrad 15 30 45 60 75 90

NAT - RES 2,21 1,59 3,08 1,11 1,11 -0,89

NAT - REK 0,98 5,58 9,51 9,18 8,74 10,6

RES - REK -1,23 4 6,43 8,08 7,64 11,48

Bei Betrachtung des resezierten im Vergleich zum rekonstruierten Zustand des MPFL konnte

evaluiert werden, dass nach dessen Rekonstruktion nur bei 15° ein erneuter nicht

signifikanter (p > 0,05) Anstieg der Gesamtkraft um 1,23 N festzustellen war. Über alle

weiteren Flexionsgrade (30-90°) war im Vergleich zum resezierten Zustand eine geringere

Gesamtkraft zu verzeichnen.

Verglich man den Ursprungszustand (MPFL nativ) mit dem Zustand nach Rekonstruktion, so

waren keine signifikanten (außer bei 45° (p = 0,038)) Unterschiede hinsichtlich einer Zu- bzw.

Abnahme der Gesamtkraft festzustellen.

Seite 74 von 122

LATERALE KRAFT:

Nach Resektion des MPFL war eine Kraftzunahme bei 15-45° auf der lateralen

Patellarückfläche und eine Kraftabnahme bei 60-90° im Vergleich zum Ursprungszustand

festzustellen. Eine grundlegend deutliche, jedoch nur bei 90° signifikante (p = 0,034)

Kraftabnahme wurde nach Rekonstruktion des MPFL lateralseitig gemessen (Abbildung 46).

In sind Tabelle 3 die entsprechenden Werte aufgetragen.

Tabelle 3: Kraft lateral, Gracilis, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert


NAT - RES -0,16 -0,9 -0,41 0,65 1 0,87

NAT - REK 0,93 2,69 4,6 5,59 7,77 10,54

RES - REK 1,09 3,59 5,01 4,95 6,77 9,68

0

5

10

15

20

25

30

15 30 45 60 75 90

Gracilis Kraft auf lateraler Seite in Newton: natives MPFL

Gracilis Kraft auf lateraler Seite in Newton: MPFL reseziert

Gracilis Kraft auf lateraler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

Abbildung 46: Kraft in Newton auf lateraler Seite, Verwendung der Gracilis-Sehne, Vergleich des nativen, resezierten und rekonstruierten Zustandes

Seite 75 von 122

MEDIALE KRAFT:

Die folgende Grafik verdeutlicht die vorliegenden Kräfte während des nativen, resezierten

und rekonstruierten Zustands unter den bekannten Flexionsgraden auf der medialseitig

gelegenen Patellarückfläche (Abbildung 47):

Verglich man zunächst die medial vorliegenden Kräfte des nativen (blaue Linie) und

resezierten (rote Linie) Zustandes miteinander, so ließ sich eine signifikante Abnahme der

Kraft im extensionsnahen Hauptfunktionsbereich des MPFL bei 15° (p = 0,035) um 2,39 N

und 45° (p = 0,045) um 3,59 N nach Inzision des MPFL feststellen (Tabelle 4).

Tabelle 4: Kraft medial, Gracilis, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert


NAT - RES 2,39 2,5 3,59 0,54 0,13 -1,59

NAT - REK 0,01 2,81 4,83 3,32 0,61 -0,33

RES - REK -2,38 0,32 1,25 2,78 0,49 1,26

Die Kraftabnahme bei 30° um 2,5 N verfehlte mit p = 0,063 nur diskret das Signifikanzniveau.

Bei 60° und 75° erfolgte lediglich eine geringe Kraftabnahme um weniger als 1 N und bei 90°

eine Kraftzunahme um 1,59 N (p > 0,05). Nach Rekonstruktion (grüne Linie) des medialen

Retinakulums mittels des Gracilis-Transplantates ließ sich lediglich bei 15° eine nicht

0

5

10

15

20

25

30

15 30 45 60 75 90

Gracilis Kraft auf medialer Seite in Newton: natives MPFL

Gracilis Kraft auf medialer Seite in Newton: MPFL reseziert

Gracilis Kraft auf medialer Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

Abbildung 47: Mediale retropatellare Kraft, Vergleich des nativen, resezierten und rekonstruierten Zustandes unter Verwendung der Gracilis-Sehne

Seite 76 von 122

signifikante (p > 0,05) Kraftzunahme um 2,38 N feststellen, verglichen mit dem resezierten

Zustand. Bei allen anderen Flexionsgraden von 30-90° verminderte sich die Kraft nicht

signifikant um 1,2 N im Durchschnitt (p > 0,05). Betrachtete man den nativen Zustand und

verglich ihn mit dem Zustand nach Rekonstruktion des MPFL, so ließen sich keine

signifikanten Kräftedifferenzen über alle Flexionsgrade hinweg feststellen.

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PROXIMALE und DISTALE KRAFT:

Bei Betrachtung der Kräftedifferenzen der proximalen Hälfte der Patella ließen sich zwei

signifikante Unterschiede feststellen (Abbildung 48). Bei 90° Flexion erfolgte nach

Rekonstruktion des MPFL im Vergleich zum resezierten Zustand eine signifikante

Kraftabnahme (p = 0,047) um 7,86 N. Bei 15-60° veränderte sich die Kraft durchschnittlich

um weniger als 1,1 N (p > 0,05).

Nach Rekonstruktion bestand im Vergleich zum Ursprungszustand eine signifikante

Kraftminderung (p = 0,014) um 10,27 N bei 90° (Tabelle 5).

Tabelle 5: Kraft proximal, Gracilis, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert


NAT - RES -0,34 -0,6 0,9 2,62 3,08 2,41

NAT - REK -0,96 -0,63 0,87 2,96 7,31 10,27

RES - REK -0,62 -0,04 -0,03 0,35 4,24 7,86

Auf der distalen retropatellaren Hälfte fanden sich ebenfalls nur drei signifikante

Kräftedifferenzen (Abbildung 49). Eine signifikante Kraftabnahme (p = 0,023) um 2,15 N

erfolgte nach Resektion des MPFL im Vergleich zum Ursprungszustand bei 30°.

Weiterhin bestanden signifikante Kraftminderungen nach Rekonstruktion des MPFL im

Vergleich zum nativen Zustand bei 30° (p = 0,04) um 6,1 N bzw. 45° (p = 0,044) um 8,54 N

(Tabelle 6).

Tabelle 6: Kraft distal, Gracilis, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert


NAT - RES 2,54 2,15 2,22 -1,44 -1,98 -3,19

NAT - REK 1,86 6,1 8,54 6 1,07 -0,13

RES - REK -0,68 3,95 6,32 7,44 3,04 3,06

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Abbildung 48: Gracilis, Kraft proximal im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL

Abbildung 49: Gracilis, Kraft distal im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL

0

5

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20

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15 30 45 60 75 90

Gracilis Kraft auf proximaler Seite in Newton: natives MPFL

Gracilis Kraft auf proximaler Seite in Newton: MPFL reseziert

Gracilis Kraft auf proximaler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

0

5

10

15

20

25

30

35

40

15 30 45 60 75 90

Gracilis Kraft auf distaler Seite in Newton: natives MPFL

Gracilis Kraft auf distaler Seite in Newton: MPFL reseziert

Gracilis Kraft auf distaler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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4.2. Kraft- und Druckmessung Versuch 9-16 (FASCIA LATA)

GESAMTKRAFT:

Analog zur Auswertung des Gracilis-Transplantates erfolgte die Auswertung des Fascia lata-

Transplantates der Versuche 9 bis 16.

Die obere Grafik verdeutlicht die Gesamtkräfte an der Patellarückfläche im nativen,

resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL (Abbildung 50).

Die oberste Linie der Grafik stellt die Gesamtkraft im nativen Zustand des MPFL dar. Nach

Resektion desselbigen im Vergleich zum Ursprungszustand reduzierte sich die im

patellofemoralen Gelenkspalt wirkende Gesamtkraft über alle Flexionswinkel hinweg.

Hierbei war die Kräftedifferenz nach Resektion bei 15° und 30° statistisch signifikant

0

5

10

15

20

25

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35

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45

50

15 30 45 60 75 90

Fascia lata Gesamtkraft in Newton: natives MPFL

Fascia lata Gesamtkraft in Newton: MPFL reseziert

Fascia lata Gesamtkraft in Newton: MPFL rekonstruiert

Abbildung 50: Gesamtkraft Fascia lata im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL

Seite 80 von 122

(p < 0,001 bzw. p = 0,027). Bei 15° Flexion nahm die Kraft um 2,46 N und bei 30° um 1,84 N

ab (Tabelle 7).

Tabelle 7: Gesamtkraft, Fascia, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert


NAT - RES 2,46 1,84 1,23 2,17 2,19 1,08

NAT - REK 2,21 4 6,76 8,35 8,59 9,38

RES - REK -0,26 2,16 5,53 6,18 6,41 8,3

Über die verbleibenden Flexionsgrade ließen sich keine weiteren signifikanten

Kraftminderungen im Gelenkspalt detektieren.

Im Vergleich nach MPFL-Resektion mit dem Zustand nach Rekonstruktion mittels der Fascia

lata fiel bei Betrachtung der Gesamtkraft auf, dass lediglich bei 15° eine geringe

Kraftzunahme um 0,26 N erfolgte, diese zeigte sich nicht signifikant (p > 0,05). Über die

weiteren Flexionswinkel wurde die gesamte Kraft konsekutiv nach Rekonstruktion

gemindert. Diese Kraftminderungen über die weiteren Flexionsgrade zeigten sich statistisch

signifikant (p < 0,01 bis p = 0,031). Bei 30° reduzierte sich die Kraft hierbei am geringsten um

2,16 N (p > 0,05).

Ebenso beim Vergleich des nativen und des rekonstruierten Zustandes war die durchgängige

Kraftminderung über alle Flexionswinkel hinweg feststellbar, von 30° bis 90° zeigte sich diese

als signifikant (p < 0,001 bis p = 0,009). Der folgende Abschnitt befasst sich mit den lateral

wirkenden Kräften im patellofemoralen Gelenkspalt.

Seite 81 von 122

LATERALE KRAFT:

Bei Betrachtung der oberen Abbildung konnte festgestellt werden, dass zunächst eine nur

geringgradige Kräftedifferenz nach Resektion des MPFL im Vergleich zum nativen Zustand

vorlag (Abbildung 51). Hierbei nahm die Kraft auf lateraler Seite um 0,58 N bei 15° und um

0,02 N bei 45° zu, während bei den übrigen Flexionsgraden ein verminderter retropatellarer

Anpressdruck zu verzeichnen war. Diese Kraftminderung war lediglich bei 75° mit einer

Kraftabnahme um 1,26 N signifikant (p = 0,033) (Tabelle 8).

Tabelle 8: Kraft lateral, Fascia, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert


NAT - RES -0,58 0,14 -0,02 0,77 1,26 0,35

NAT - REK 1,66 4,6 5,37 6,6 7,79 9,01

RES - REK 2,23 4,46 5,38 5,83 6,53 8,66

Bei Betrachtung der auf der lateralen dorsalen patellaren Gleitfläche wirkenden Kräfte zeigte

sich eine nach Rekonstruktion statistisch signifikante Kraftabnahme sowohl im Vergleich zum

nativen als auch zum resezierten Zustand. Vom resezierten Zustand des MPFL ausgehend

nahm die Kraft auf lateraler Seite über alle Winkelgrade hinweg ab, am stärksten bei 90° um

0

5

10

15

20

25

15 30 45 60 75 90

Fascia lata Kraft auf lateraler Seite in Newton: natives MPFL

Fascia lata Kraft auf lateraler Seite in Newton: MPFL reseziert

Fascia lata Kraft auf lateraler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

Abbildung 51: Kraft in Newton auf lateraler Seite, Verwendung der Fascia lata, Vergleich des nativen, resezierten und rekonstruierten Zustandes

Seite 82 von 122

8,66 N (p < 0,001). Die durchschnittliche Kraftminderung von 15° bis 90° betrug hierbei 5,5 N

und war allseits statistisch signifikant (p < 0,001).

Große Unterschiede der lateralen Kräfte waren ebenfalls im Vergleich des Zustandes nach

Rekonstruktion des MPFL mit dem Ursprungszustand feststellbar. So reduzierten sich die

Kräfte signifikant (allseits p < 0,01) über alle Flexionswinkel hinweg von 30° bis 90°. Die

größte Kraftminderung hierbei lag bei 90° um 9,01 N (p < 0,001).

Seite 83 von 122

MEDIALE KRAFT:

Folgende Grafik veranschaulicht die retropatellar medialseitig detektierten Kräfte:

Die blaue Linie steht stellvertretend für die retropatellaren Kräfte auf der medialen Seite

beim nativen Zustand des MPFL (Abbildung 52). Die Ordinate zeigt hierbei die Kräfte in

Newton in Fünferschritten an, während auf der Abszisse die Flexionsgrade dargestellt sind.

Nach Durchtrennung des medialen Halteapparates erfolgte eine Kraftminderung über alle

Flexionsgrade hinweg (rote Linie). Diese Kraftreduktion im extensionsnahen Bereich des

Präparates um 2,98 N bei 15° und um 1,65 N bei 30° Flexion zeigte sich statistisch signifikant

(p < 0,001 bzw. p = 0,02).

Nach Rekonstruktion im Vergleich zum resezierten MPFL erfolgte mit Ausnahme von 60°

Flexion ein Kräftezuwachs über alle Beugungsgrade hinweg. Hierbei zeigte sich eine

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Fascia lata Kraft auf medialer Seite in Newton: natives MPFL

Fascia lata Kraft auf medialer Seite in Newton: MPFL reseziert

Fascia lata Kraft auf medialer Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

Abbildung 52: Mediale retropatellare Kraft, Vergleich des nativen, resezierten und rekonstruierten Zustands unter Verwendung der Fascia lata

Seite 84 von 122

statistisch signifikante Kraftzunahme um 2,46 N bei 15° (p = 0,047) und um 2,4 N bei 30° (p =

0,024) (Tabelle 9).

Tabelle 9: Kraft medial, Fascia, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert


NAT - RES 2,98 1,65 1,18 1,29 0,81 0,69

NAT - REK 0,52 -0,76 1,16 1,44 0,49 -0,03

RES - REK -2,46 -2,4 -0,02 0,16 -0,32 -0,72

Beim Vergleich des nativen und rekonstruierten Zustandes konnten keine signifikanten

Kräftedifferenzen über alle Flexionsgrade hinweg aufgezeichnet werden.

Seite 85 von 122

PROXIMALE und DISTALE KRAFT:

Analog zur Ergebnisauswertung der Gracilis-Sehne erfolgte auch bei der Fascia lata die

kombinierte Auswertung der proximalen und distalen Kräfte innerhalb des patellofemoralen

Gelenkspaltes.

Bei Betrachtung der Kräftedifferenzen der proximalen Hälfte der Patella ließ sich eine

signifikante Kraftzunahme um 1,68 N (p = 0,047) bei 45° nach Resektion des MPFL im

Vergleich zum nativen Zustand feststellen (Abbildung 53). Von 15° bis 45° erfolgte hierbei

eine Kraftzunahme von durchschnittlich 1,19 N, während von 60° bis 90° eine

durchschnittliche Kraftminderung um 0,58 N detektiert wurde (p > 0,05) (Tabelle 10).

Tabelle 10: Kraft proximal, Fascia, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert


NAT - RES -0,94 -0,96 -1,68 0,02 0,33 1,41

NAT - REK -1,02 0,17 2,41 5,98 9,48 12,24

RES - REK -0,09 1,12 4,08 5,96 9,15 10,84

Bei 60° bis 90° Flexion erfolgte nach Rekonstruktion des MPFL im Vergleich zum nativen

Zustand eine signifikante Kraftreduktion (p < 0,001 und p = 0,002) um 5,98 N, 9,48 N und

12,24 N. Lediglich bei 15° Flexion erfolgte eine nicht signifikante Kraftzunahme (p > 0,05) um

1,02 N nach Rekonstruktion des MPFL mittels der Fascia lata.

Vergleichbar mit oben Genanntem erfolgte im Vergleich des resezierten Zustandes mit dem

Zustand nach Rekonstruktion des MPFL eine signifikante Kraftabnahme von 45-90° (allseits p

< 0,05). Die durchschnittliche Kraftminderung betrug hierbei 7,5 N.

Auf der distalen retropatellaren Hälfte fanden sich vier signifikante Kräftedifferenzen

(Abbildung 54). Eine signifikante Kraftabnahme (p = 0,006) um 3,38 N erfolgte nach

Resektion des MPFL im Vergleich zum Ursprungszustand bei 15° (Tabelle 11).

Tabelle 11: Kraft distal, Fascia, Differenzen MPFL nativ zu reseziert, nativ zu rekonstruiert, reseziert zu rekonstruiert


NAT - RES 3,38 2,77 2,86 1,99 1,73 -0,36

NAT - REK 3,19 3,73 4,17 2,02 -1,11 -3,02

RES - REK -0,19 0,96 1,31 0,04 -2,84 -2,66

Seite 86 von 122

Bei 30° und 45° betrug diese Kraftabnahme 2,77 N bzw. 2,86 N (p = 0,022 bzw. p = 0,021).

Weiterhin bestand eine signifikante Kraftminderung um 4,17 N nach Rekonstruktion des

MPFL im Vergleich zum nativen Zustand bei 45° (p = 0,013).

Abbildung 53: Fascia lata, Kraft proximal im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL

Abbildung 54: Fascia lata, Kraft distal im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL

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Fascia Kraft auf proximaler Seite in Newton: natives MPFL

Fascia Kraft auf proximaler Seite in Newton: MPFL reseziert

Fascia Kraft auf proximaler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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15 30 45 60 75 90

Fascia Kraft auf distaler Seite in Newton: natives MPFL

Fascia Kraft auf distaler Seite in Newton: MPFL reseziert

Fascia Kraft auf distaler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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Das Zusammenspiel der Kräfteverhältnisse auf proximaler und distaler Patellaseite verhielt

sich wie folgt:

Verglich man den nativen mit dem resezierten Zustand, so nahm die Kraft auf proximaler

Seite nach Resektion des MPFL bei 15° bis 45° um durchschnittlich 1,19 N zu, während distal

eine Kraftabnahme um durchschnittlich 3 N erfolgte. Reziprok hierzu erfolgte proximal bei

90° eine Kraftminderung um 1,41 N während distal eine Kraftzunahme um 0,36 N gemessen

wurde. Bei 60° und 75° wurde sowohl proximal als auch distal eine Kraftabnahme

festgestellt, durchschnittlich bei proximal um 0,17 N und distal um 1,86 N.

Beim Vergleich des nativen und rekonstruierten Zustandes konnte bei 15° eine

Kraftzunahme proximal von 1,02 N festgestellt werden, während sich distal die Kraft nach

Rekonstruktion um 3,19 N reduzierte. Bei 75° und 90° Flexion nahm die Kraft proximal

signifikant (p < 0,001 bzw. p = 0,002) um durchschnittlich 10,85 N ab, während distal eine

nicht signifikante (p > 0,05) durchschnittliche Kraftzunahme um 2,06 N verzeichnet wurde.

Somit erfolgte nach Rekonstruktion im Vergleich zum nativen Zustand des MPFL

extensionsnah proximal eine geringe Kraftzunahme während sich distal die Kraft reduzierte;

umgekehrt nahm in zunehmender Flexion die Kraft proximal ab und distal zu.

Seite 88 von 122

4.3. Vergleich Gracilis-Sehne und Fascia lata

Zur besseren Visualisierung folgen zunächst zwei Grafiken, welche die patellofemoralen

Anpresskräfte auf medialer Seite darstellen, separiert nach dem jeweils zur MPFL-

Rekonstruktion genutzten Transplantat:

Abbildung 55: Kräfte medial im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL mittels Gracilis

Abbildung 56: Kräfte medial im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL mittels Fascia lata

An dieser Stelle werden größtenteils durch deskriptive Verfahren die Unterschiede bzw.

Gemeinsamkeiten beider verwendeter Transplantate dargestellt.

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Fascia lata Kraft auf medialer Seite in Newton: natives MPFL

Fascia lata Kraft auf medialer Seite in Newton: MPFL reseziert

Fascia lata Kraft auf medialer Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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15 30 45 60 75 90

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n Gracilis Kraft auf medialer Seite in Newton: natives MPFL

Gracilis Kraft auf medialer Seite in Newton: MPFL reseziert

Gracilis Kraft auf medialer Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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Bei Betrachtung der beiden Abbildungen, welche die durchschnittlich retropatellar

medialseitig gemessenen Kräfte für das Gracilis (Abbildung 55) bzw. Fascia lata (Abbildung

56) Transplantat im nativen (blaue Linie), resezierten (rote Linie) und rekonstruierten (grüne

Linie) Zustandes des MPFL darstellen, konnte zunächst gezeigt werden, dass bei beiden

Versuchsreihen die Anpresskraft nach Resektion im Vergleich zum nativen Zustand des MPFL

reduziert wurde. Diese Kraftminderung erfolgte über fast alle Winkelgrade hinweg und war

von 15-45° statistisch signifikant (allseits p < 0,05). Eine Ausnahme wurde lediglich durch

eine Kraftzunahme bei 90° Flexion in der Versuchsreihe der Gracilis-Transplantate

festgestellt.

Das Ziel, nach einer operativen Rekonstruktion des MPFL den Ursprungszustand und somit

seine Funktion wiederherzustellen, würde graphisch bedeuten, dass die grüne Linie (=MPFL

rekonstruiert) im Idealfall kongruent zur blauen Linie (=MPFL nativ) verlaufen würde.

Grundsätzlich sollte jedoch eine Erhöhung der medialen Anpressdrücke nach Rekonstruktion

im Vergleich zum resezierten Zustand angestrebt werden. Somit sollte die grüne Linie die

rote Linie (=MPFL reseziert) überragen. Diese Ziele wurden vornehmlich extensionsnah, also

im Hauptwirkungsbereich des MPFL verwirklicht.

Bei beiden Transplantaten wurde dieses Ziel nahezu bei 15° Flexion erreicht. Der Zustand

nach Rekonstruktion des MPFL mittels der Gracilis-Sehnentransplantate unterschied sich um

weniger als 0,01 N im Vergleich zum nativen Zustand des MPFL. Bei der Fascia lata

Versuchsgruppe betrug diese Differenz ebenso geringe 0,52 N. Die Kräfte stiegen in beiden

Versuchsgruppen signifikant (p < 0,01) vom resezierten Zustand zum rekonstruierten

Zustand des MPFL an.

Beim darauffolgenden Flexionsgrad (30°) konnte nach Rekonstruktion im Vergleich zum

resezierten Zustand keine weitere Zunahme der medial detektierten Kräfte in der ersten

Versuchsreihe (Gracilis) festgestellt werden. In der Gruppe der Faszientransplantate

überstieg die grüne Linie die blaue Linie. Es erfolgte somit eine geringfügige Überkorrektur

nach Rekonstruktion um 0,75 N im Vergleich zum nativen Zustand und eine signifikante (p =

0,024) Kraftzunahme im Vergleich zum resezierten Zustand.

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Bei 45-75° Flexion konnte nach Rekonstruktion keine Kräftezunahme in der Gracilis-Gruppe

mehr verzeichnet werden, wohingegen in der Fasziengruppe die Kräfte nach Rekonstruktion

nahezu unverändert im Vergleich zum resezierten Zustand blieben.

Bei 90° Flexion wurde in beiden Versuchsgruppen der native Zustand nahezu wieder

erreicht.

Bei einer Gesamtauswertung aller Versuche ohne spezifische Gruppenzugehörigkeit (Gracilis

und Fascia) konnten nach Rekonstruktion im Vergleich zum Ursprungszustand keine

statistisch signifikanten Unterschiede medialseitig festgestellt werden.

Die folgenden beiden Grafiken veranschaulichen die Kräfteänderungen auf lateraler Seite

der Patella im direkten Vergleich:

Abbildung 57: Kräfte lateral im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL mittels Gracilis

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Gracilis Kraft auf lateraler Seite in Newton: natives MPFL

Gracilis Kraft auf lateraler Seite in Newton: MPFL reseziert

Gracilis Kraft auf lateraler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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Abbildung 58: Kräfte lateral im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL mittels Fascia lata

Beim Vergleich der extensionsnah herrschenden Kräfte auf lateraler Seite konnte zunächst

die geringe Kräftezunahme bei der Gracilis-Gruppe (Abbildung 57) und eine nahezu

vorliegende Kongruenz bei der Fasziengruppe (Abbildung 58) von 15-45° Flexion nach

Resektion des MPFL im Vergleich zum Ursprungszustand evaluiert werden. Insgesamt führte

die Resektion des MPFL zu deutlich geringeren Auswirkungen auf die retropatellar

lateralseitig detektierten Kräfte als auf medialer Seite im Vergleich zum nativen Zustand.

In beiden Fällen führte die Rekonstruktion des MPFL zu einer signifikanten (allseits p < 0,01)

Minderung des Anpressdruckes der Patella an die lateralseitige Femurcondyle, verglichen

sowohl mit dem resezierten als auch mit dem Ursprungszustand.

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Fascia lata Kraft auf lateraler Seite in Newton: natives MPFL

Fascia lata Kraft auf lateraler Seite in Newton: MPFL reseziert

Fascia lata Kraft auf lateraler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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Die Betrachtung der Kräfte an der proximalen und distalen retropatellaren Gelenkfläche

erbrachte Hinweise auf die Unterschiedliche Anspannung der beiden Schenkel der jeweiligen

Transplantate. Zunächst folgte eine Auswertung der proximalen Seite:

Abbildung 59: Kräfte proximal im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL mittels Gracilis

Abbildung 60: Kräfte proximal im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL mittels Fascia lata

Die proximale Flächenregion und den nativen sowie resezierten Zustand des MPFL

betreffend unterschieden sich die retropatellar detektierten Kräfte beider Transplantate nur

geringfügig voneinander (Abbildung 59 und 60). Von 15-45° Flexion zeigten sich keine

signifikanten Differenzen beim Vergleich des nativen, resezierten und rekonstruierten

Zustandes bei beiden Transplantaten. Erst ab einem Flexionsgrad von 60° ließ sich eine

deutliche Kraftminderung nach Rekonstruktion im Vergleich zum nativen Zustand feststellen.

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Gracilis Kraft auf proximaler Seite in Newton: natives MPFL

Gracilis Kraft auf proximaler Seite in Newton: MPFL reseziert

Gracilis Kraft auf proximaler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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Fascia Kraft auf proximaler Seite in Newton: natives MPFL

Fascia Kraft auf proximaler Seite in Newton: MPFL reseziert

Fascia Kraft auf proximaler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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Bei Betrachtung der distalen Hälfte der Patella konnten größere Differenzen im Vergleich

der Transplantate eruiert werden:

Abbildung 61: Kräfte distal im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL mittels Gracilis

Abbildung 62: Kräfte distal im nativen, resezierten und rekonstruierten Zustand des MPFL mittels Fascia lata

Die Kurvenverläufe beider Versuchsreihen waren den nativen und resezierten Zustand des

MPFL betreffend annähernd vergleichbar (Abbildung 61 und 62). Auffallend zeigten sich

hierbei allerdings die Kräfteverhältnisse nach Rekonstruktion im Vergleich zum

Ursprungszustand des MPFL. Die Rekonstruktion unter Verwendung der Gracilis-Sehne hatte

einen nahezu gespiegelten Linienverlauf zur Folge. Die Kräfte stiegen hierbei nach

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n Gracilis Kraft auf distaler Seite in Newton: natives MPFL

Gracilis Kraft auf distaler Seite in Newton: MPFL reseziert

Gracilis Kraft auf distaler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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n Fascia Kraft auf distaler Seite in Newton: natives MPFL

Fascia Kraft auf distaler Seite in Newton: MPFL reseziert

Fascia Kraft auf distaler Seite in Newton: MPFL rekonstruiert

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Rekonstruktion bei zunehmender Flexion an, wohingegen im nativen Zustand eine

Kräfteminderung ab 45° zu beobachten war.

In der Fascia lata Versuchsreihe konnte dies nicht wiedergegeben werden, stattdessen zeigte

sich der Linienverlauf die Rekonstruktion betreffend von 15° bis 60° dem Linienverlauf nach

Resektion vergleichbar. Ab 75° bis 90° hingegen erfolgte eine Kraftzunahme und somit

Annäherung an den Kurvenverlauf des Ursprungszustandes.

Seite 95 von 122

4.4. Zyklische Belastung aller Versuche

Die zyklische Belastung der Transplantate erfolgte nach Abschluss aller vorangegangenen

Messungen.

Die folgende Tabelle lieferte einen Überblick über die Ergebnisse (Tabelle 12):

Tabelle 12: Gesamtergebnisse der zyklischen Belastungsversuche

Elongation in mm bei

Knie Nr. Kohorte (Kraft in N) UFL in N

Elongation bei UFL in mm

20 N 50 N 100 N

5 1 4,1 48 11,1 Gracilis

6 1 1 2 75 9 Gracilis

7 1 1,9 6,1 12,5 95 13 Gracilis

8 1 2,5 13 72 20 Gracilis

9 1 3 12 52 139 62 Gracilis

10 1 5 22 42 22 Gracilis

11 2 2,8 13 43 13,8 Fascia

12 2 2,2 16,1 75 20 Fascia

14 2 3,9 14,5 27 96 28 Fascia

15 2 5,8 16 83 23 Fascia

17 2 2 9,8 18,2 133 22,3 Fascia

18 2 2,5 8 15 123 58 Fascia

Mittelwert Gracilis 2,92 11,02 32,25 78,5 22,85

Mittelwert Fascia 3,2 12,9 20,07 92,17 27,52

Differenz 0,28 1,88 12,18 13,67 4,67

Seite 96 von 122

4.4.1. Zyklische Belastung Gracilis-Sehne

Elongation bei 20, 50, 100 N:

Bei den ersten Belastungszyklen mit 20 N wurde eine maximale Elongation eines

Transplantates von 5 mm mittels der Materialprüfmaschine detektiert. Die geringste

Elongation betrug lediglich 1 mm. Durchschnittlich wurde der gemessene Traversenabstand

um 2,92 mm im Vergleich zum Ausgangszustand verlängert.

Beim Anstieg der Belastung auf 50 N konnten lediglich 5 Präparate weiterhin ausgewertet

werden, da ein Transplantat (Knie Nr. 5) bei 48 N im 1. Belastungszyklus von 10-50 N aus

dem femoralen Bohrkanal ausriss. Die minimalste Elongation innerhalb dieses Zyklus betrug

2 mm, die größte Elongation 22 mm, gemessen vom Ausgangszustand (= keine Belastung).

Die durchschnittliche Elongation betrug in diesem Zyklus 11,02 mm.

In der letzten Stufe des Belastungszyklus von 10-100 N konnten nur zwei Präparate

ausgewertet werden, da das Graft von Knie Nr. 6 im ersten Zyklus von 10-100 N bei ca. 75 N

femoral ausriss. Das Transplantat von Knie Nr. 8 versagte bei 72 N ebenfalls im ersten Zyklus

von 10-100 N auf femoraler Seite. Bei Knie Nr. 10 konnten 47 Zyklen von 10-50 N

durchgeführt werden, bevor der distale patellare Anker des Transplantats bei 42 N aus der

knöchernen Verankerung gelöst wurde. Die beiden verbliebenen Transplantate wurden

durchschnittlich um 32,25 mm (min.: 12,5 mm; max.: 52 mm) verlängert. Hierbei betrug die

Versagenslast 95 N und 139 N.

UFL und Elongation bei der UFL:

Die durchschnittliche maximale Versagenslast betrug bei den Gracilis-Ersatztransplantaten

78,5 N ± 32,27 N, die Elongation hierbei im Durchschnitt 22,85 mm ± 18,11 mm. Die

geringste Belastbarkeit wies das Transplantat von Knie Nr. 10 mit 42 N nach. Die größte

Zugfestigkeit lag bei dem Graft von Knie Nr. 9, dieses wurde erst bei 139 N aus dem

femoralen Bohrkanal gezogen. Die geringste Elongation wurde mit 9 mm bei Knie Nr. 6

bestimmt während die maximalste Elongation 62 mm betrug (Knie Nr. 9).

Seite 97 von 122

4.4.2. Zyklische Belastung Fascia lata

Elongation bei 20, 50, 100 N:

Bei den Belastungszyklen von 10-20 N verlängerten sich die Transplantate durchschnittlich

um 3,2 mm. Hierbei betrug die geringste Elongation 2 mm (Knie Nr. 17), die größte 5,8 mm

(Knie Nr. 15).

Beim Anstieg der Zugkräfte auf die nächste Belastungsstufe von 10-50 N konnten weiterhin 6

Knie ausgewertet werden. Die durchschnittliche Elongation der 6 Transplantate betrug

hierbei 12,9 mm. Die kleinste Verlängerung eines Transplantates wurde bei Knie Nr. 18 mit 8

mm bestimmt, während maximal 16,1 mm bei Knie Nr. 12 festgestellt wurden. Hierbei zählte

ebenfalls die Transplantatlänge unter Nichtbelastung als Ausgangswert.

Auf der letzten Belastungsstufe von 10-100 N wurden drei Präparate in die Wertung

aufgenommen. Bei Knie Nr. 11 riss das Transplantat bei 43 N im 32. Zyklus (10-50 N) aus dem

femoralen Bohrkanal aus. Bei dem Transplantat von Knie Nr. 12 versagte der distale

patellare Anker bei 75 N im ersten Zyklus von 10-100 N, die 100 N wurden somit nie erreicht.

Bei Knie Nr. 15 rupturierte das Graft ebenfalls im ersten Zyklus von 10-100 N bei 83 N. Bei

den übrigen Präparaten, bei denen die 100 N mindestens einmal erreicht wurden, betrug die

durchschnittliche Elongation der Transplantate 20,07 mm. Der Maximalwert lag hier bei 27

mm (Knie Nr. 14), der Minimalwert bei 15 mm (Knie Nr. 18).

UFL und Elongation bei der UFL:

Die durchschnittliche maximale Versagenslast der Fascia lata Transplantate betrug 92,17 N ±

30,07 N mit einer maximalen UFL von 133 N und einer minimalen von 43 N. Die Elongation

bei der UFL betrug hierbei durchschnittlich 27,52 mm ± 14,62 mm mit einem Maximalwert

von 58 mm (Knie Nr. 18) und einem Minimalwert von 13,8 mm (Knie Nr. 11). Die geringste

Belastbarkeit wies das Transplantat von Knie Nr. 11 mit 43 N und der zugleich geringsten

Elongation mit 13,8 mm nach.

Seite 98 von 122

4.4.3. Vergleich der zyklischen Belastung zwischen Gracilis-Sehne und Fascia lata

Nach Auswertung der UFL sowie der unterschiedlichen Elongationen der Transplantate

während den jeweiligen Belastungszyklen erfolgte der Vergleich beider Ersatztransplantate

(Abbildung 63). Ein signifikanter Unterschied konnte hierbei in keinem Versuch festgestellt

werden (p > 0,05). Daher erfolgt eine deskriptive Darstellung der erhobenen Differenzen

beider Transplantate.

Abbildung 63: Vergleich der zyklischen Belastungsversuche Gracilis vs. Fascia lata

Die durchschnittliche Elongation beider Transplantate zeigte beim ersten Belastungszyklus

von 10-20 N nahezu keinen Unterschied.

Beim Sprung auf die nächste Zyklusstufe (10-50 N) elongierten sich die Fascia lata

Transplantate um durchschnittlich 1,88 mm weiter als die Gracilis-Sehnen.

Während des Zyklus von 10-100 N betrug die Verlängerung der Gracilis-Sehnen

durchschnittlich 12,18 mm mehr als die der Fascia lata Transplantate. Insgesamt differierten

die Werte beider Transplantate hinsichtlich der Elongation nur geringfügig voneinander. Eine

Betrachtung der Maximal- und Minimalwerte verdeutlichte dies:

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1.Zyklus Elongation in

mm


mm


mm

UFL in Newton Elongation bei UFL in mm

Gracilis/STG

Fascia lata

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Auf der ersten Zyklusstufe betrug die kleinste Verlängerung 1 mm für die Gracilis- bzw. 2 mm

für die Fascia lata Transplantate. Die maximale Elongation von 5 mm der Gracilis-Grafts

unterschied sich ebenfalls nur um 0,8 mm von der maximal 5,8 mm gemessen Elongation der

Fascia lata.

Auf der zweiten Zyklusstufe unterschieden sich beide Transplantate um 5,9 mm hinsichtlich

der maximalen Elongation. Bei der Fascia lata Gruppe wurden maximal 16,1 mm und bei der

Gracilis-Gruppe 22 mm gemessen. Die geringste Elongation bei den Gracilis-Transplantaten

betrug 2 mm versus 8 mm bei den Fascien-Transplantaten.

Bei Betrachtung der Elongation zum Zeitpunkt der UFL lag eine geringe Differenz von 4,67

mm vor, um welche sich die Fascia lata Transplantate stärker elongierten als ihre

Vergleichsgruppe.

Ebenso die UFL selbst unterschied sich nur um 13,67 N zwischen beiden Gruppen. Die

Kadaverpräparate, bei denen die Fascia lata als Rekonstruktionsmittel des MPFL verwendet

wurde, konnten mit durchschnittlich 92,17 N den Belastungszyklen widerstehen, während

die Gracilis-Transplantate bei durchschnittlich 78,5 N rupturierten.

Versagens-Modus:

Es erfolgte viermalig ein Ausriss der Transplantate am femoralen Insertionspunkt seitens der

Gracilis -Grafts und zweimalig bei der Fascia lata. Bei den übrigen Versuchen rissen die Grafts

meist aus dem distalen patellaren Bohrkanal aus oder der distale Schenkel des

Transplantates rupturierte.

Zusammenfassend bestand nur ein geringfügiger und statistisch nicht signifikanter (p > 0,05)

Unterschied hinsichtlich der zyklischen Belastungstests beider Transplantate.

Seite 100 von 122

4.5. Radiologische Ergebnisse

Um eine Aussage über eine Veränderung der Position der Patella im patellofemoralen

Gleitlager treffen und diese quantifizieren zu können, wurde die Dezentrierungsstrecke nach

Hepp sowie der laterale Patellofemoralwinkel nach Laurin bestimmt. Hierzu wurden die

mittels der Merchant-Aufnahme erstellten Bilder im nativen, resezierten und

rekonstruierten Zustand des MPFL vermessen und die Ergebnisse miteinander verglichen.

Die Bilder wurden hierbei vom selben Untersucher vermessen, um so untersucherbedingte

Schwankungen hinsichtlich der Messergebnisse zu reduzieren. Aufgrund eines einmalig

aufgetretenen, temporären technischen Defektes seitens der radiologischen Anfertigung der

Bilder konnten lediglich 15 von 16 Versuchen ausgewertet werden. Eine Unterscheidung je

nach Rekonstruktionstyp mittels Gracilis- bzw. Fascia lata Transplantat erschien für die

Fragestellung als nicht sinnvoll.

Dezentrierungsstrecke nach Hepp:

Im nativen Zustand des medialen Retinakulums wurde eine durchschnittliche

Lateralisationsstrecke von 5,66 mm ± 4,19 mm in der Standardabweichung gemessen

(Tabelle 13). Nach Resektion des MPFL erhöhte sich die Lateralisation statistisch signifikant

(p = 0,039) um durchschnittlich 0,85 mm auf 6,51 mm ± 4,01 mm. Nach Rekonstruktion

wiederum erfolgte eine statistisch nicht signifikante Medialisierung um 1,15 mm auf eine

durchschnittliche patellare Lateralisation von 5,35 mm ± 5,13 mm (p > 0,05). Bei folgender

Tabelle stehen die negativen Vorzeichen für eine Medialisierung der Patella, wohingegen ein

positiver Wert eine Lateralisierung bedeutet.

Seite 101 von 122

Tabelle 13: Lateralisationsstrecke in mm im nativen, durchtrennten und rekonstruierten Zustand des MPFL

Versuch Nr. nativ durchtrennt rekonstruiert

1 0 5,2 4,8

2 8,5 9,5 11,5

3 2 3 -5

4 6,2 8 9

5 2 2 2

6 6 7,2 8

8 8 8,5 4

9 12,8 13 11

10 11 11,2 12

11 8,2 8,5 6

12 11 11,5 12

13 0 1,5 0

14 -0,8 -1 -2

15 4 2,5 1

16 6 7 6

Mittelwert 5,66 6,51 5,35

Beim Vergleich der Lateralisation des Ursprungszustandes mit der Lateralisation nach

Rekonstruktion des MPFL zeigte sich kein statistisch signifikanter Unterschied. Maximal

wurde die Patella nach Rekonstruktion um 7 mm weiter medialisiert als ursprünglich.

Somit blieb festzustellen, dass eine Resektion des MPFL einen zunehmenden Shift der Patella

nach lateral zur Folge hatte. Von dieser lateralen Position ausgehend führte eine

Rekonstruktion sowohl mittels der Gracilis-Sehne als auch der Fascia lata zu einer

Medialisierung bis an die native Position heran. Der Ursprungszustand konnte den Shift

betreffend somit annähernd wiederhergestellt werden.

Lateraler Patellofemoralwinkel nach Laurin:

Im nativen Zustand des MPFL wurde ein durchschnittlicher lateraler Patellofemoralwinkel

von 10° ± 3,9° gemessen. Nach Resektion des medialen Bandkomplexes wurde der Winkel

mit durchschnittlich 9,5° ± 3,1° spitzer und nach Rekonstruktion mit durchschnittlich 10,2° ±

4,3° stumpfer (Tabelle 14).

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Tabelle 14: Lateraler Patellofemoralwinkel nach Laurin in Grad im nativen, durchtrennten und rekonstruierten Zustand

des MPFL

Versuch Nr. nativ durchtrennt rekonstruiert

1 17 11 11

2 10 11 10

3 7 9 10

4 14 12 14

5 12 13 17

6 12 15 14

8 5 7 9

9 3 3 2

10 8 5 3

11 4 7 7

12 10 8 5

13 15 13 15

14 11 11 10

15 10 9 14

16 12 9 12

Mittelwert 10 9,5 10,2

Der Öffnungswinkel nach Rekonstruktion divergierte lediglich um 0,2° im Vergleich zum

Nativen. In 4 Versuchen wurde exakt der Ausgangszustand den Tilt betreffend

wiederhergestellt. Bei einem Versuch erfolgte eine Überkorrektur um 5°, d.h. ein von medial

stärkerer Zug des medialen Halteapparates führte zur Entstehung eines stumpferen Winkels,

also eines vergrößerten lateralen Öffnungswinkels.

Zusammenfassend konnte evaluiert werden, dass eine Durchtrennung des MPFL zu einer

statistisch nicht signifikanten (p > 0,05) Veränderung des patellaren Tilts führte, wonach die

medialen Rückstellkräfte des MPFL nachließen und so der laterale Öffnungswinkel kleiner

wurde. Umgekehrt führte eine Rekonstruktion des MPFL sowohl mit der Gracilis-Sehne als

auch mittels der Fascia lata zu einer ebenso statistisch nicht signifikanten Vergrößerung des

lateralen Öffnungswinkels, was die Funktion des rekonstruierten MPFL veranschaulichte.

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5. DISKUSSION

In dieser Arbeit zeigte sich als wichtigstes Forschungsergebnis, dass sich eine anatomische

Rekonstruktion des MPFL mittels der Fascia lata erfolgreich durchführen ließ und dieses

Transplantat somit eine valide Alternative zu den bisher standardisierten Gracilis-

Sehnentransplantaten darstellt. Jedoch konnten die detektierten, patellofemoralen

Kraftverteilungen im Vergleich zum nativen Zustand nicht exakt wiederhergestellt werden,

weder mittels der Gracilis-Sehne noch der Fascia lata als Ersatztransplantat.

Die patellare Stabilität, welche in der Literatur als wichtiges Element für eine intakte Knie-

Kinematik gilt, hängt von verschiedenen Faktoren wie z.B. der Gelenkgeometrie, der

Muskelstärke als auch den Anteilen des Weichgewebes und deren Funktion ab, wobei das

MPFL als wichtigster Stabilisator gegen nach lateral gerichtete Translationskräfte

beschrieben wird (Zaffagnini S, 2013; Bicos J, 2007; Brunet ME, 2003; Feller JA, 2007;

Senavongse W, 2005). Die operative Rekonstruktion des MPFL mittels eines autologen

Transplantates hat daher seit Jahren einen wichtigen Stellenwert und zählt zu den

Standardverfahren in der Behandlung der patellofemoralen Instabilität, welche am

häufigsten mit einer Ruptur des MPFL kombiniert ist (Warren LA, 1974; Hautamaa PV, 1998;

Conlan T, 1993; Desio SM, 1998; Schöttle PB, 2005). Dieses Verfahren ist mit anderen

Operationen, wie beispielsweise einer Tuberositas tibiae Versetzung, einzeitig kombinierbar,

um eine Stabilität im Patellofemoralgelenk zu erreichen. Bisher wurden viele operative

Techniken zur MPFL-Rekonstruktion publiziert, jeweils mit dem Ziel, das mediale

Retinakulum in seiner Funktion als wichtigsten passiven Stabilisator der Patella gegen lateral

gerichtete Translationskräfte zu festigen (Becher C, 2014; Berruto M, 2014; Kang H, 2016;

Schöttle PB, 2010; Wang CH, 2013; Witonski D, 2013; Wylie JD, 2013; Zaffagnini S, 2014).

Um für die Fragestellungen möglichst objektive und genaue Daten zu erhalten, wurde die

Technik der retropatellaren Fixierung und Druckmessungen mittels einer Sensorfolie der

Firma Tek-Scan bereits von Ostermeier et al. und erst kürzlich von Stephen et al.

angewendet (Ostermeier S, 2007; Stephen HM, 2016). In der vorliegenden Arbeit wurde

analog dazu die Fixierung und Konservierung der Druckmessfolie nochmals augmentiert,

sodass eine bessere Haltbarkeit entstand sowie exaktere Messungen durchgeführt werden

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konnten. Aufgrund fehlender physiologischer Einflüsse (wie z.b. ein intraartikulärer Erguss)

konnte die Funktion des MPFL auf die patellare Stabilität und die Auswirkung auf die

retropatellar herrschenden Kräfte ohne Verzerrungen durch andere Faktoren evaluiert

werden. Somit wurden nur die Kräfteänderungen detektiert, welche in unmittelbarem

Zusammenhang mit der Resektion bzw. Rekonstruktion des MPFL standen.

Damit eine nahezu anatomische Wiederherstellung des MPFL erreicht werden konnte,

wurde in dieser Arbeit die Rekonstruktionstechnik nach Schöttle dahingehend modifiziert,

dass die Fascia lata als autologes Transplantat dem in der Praxis bewährten Gracilis-

Sehnentransplantat gegenübergestellt werden konnte (Schöttle PB, 2010). Um eine

Vergleichbarkeit zu erreichen, wurden die technischen Variationen somit minimiert.

Unterschiede bestanden lediglich in der Möglichkeit, die einzelnen Schenkel der Fascia lata

getrennt voneinander zu implantieren und anzuspannen, was bei dem Gracilis-Transplantat

nicht möglich war. Die Fixierung im femoralen Bohrkanal und in der Patella erfolgte bei

beiden Techniken auf die gleiche Art und Weise mittels einer Interferenzschraube bzw.

SwiveLock-Schraubenankern, was letztlich keinen Einfluss auf die Messergebnisse und die

Stabilität der Rekonstruktion hatte, wie die zyklischen Belastungsversuche zeigten.

Ein weiterer Grund, die standardisierte Operationstechnik nach Schöttle zu verwenden war,

dass die Versuche möglichst der gängigen und etablierten Rekonstruktionstechnik des MPFL

in der Praxis entsprechen würden. Weiterhin wird diese Technik auch in der hiesigen

universitären Klinik für Orthopädie regelhaft angewendet. Nur mittels einer nach diesem

Operationsprinzip durchgeführten anatomischen Rekonstruktion des MPFL hatten die

retropatellaren Kräftemessungen innerhalb des patellofemoralen Gleitlagers eine

Aussagekraft.

Dieses Ziel, die anatomischen Gegebenheiten zu respektieren und mittels autologem

Sehnentransplantat wiederherzustellen, wurde sowohl mithilfe der Merchant-Aufnahmen

als auch der streng seitlichen Röntgenkontrollen während der Durchführung der

Rekonstruktion ermöglicht. Hierdurch konnten zum einen eine Kontrolle der physiologischen

Insertionspunkte des MPFL und zum anderen die Überwachung der Position der

Druckmessfolie während des gesamten Versuchsdurchlaufs erfolgen. Auf diese Weise wurde

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verifiziert, dass die Patellarückfläche immer flächendeckend von der Druckmessfolie

überragt wurde und somit validierte Daten aufgezeichnet wurden.

Eine nicht-anatomische Rekonstruktion des ligamentären medialen Halteapparates hätte in

der Praxis unphysiologische Belastungen im Patellofemoralgelenk zur Folge, was Schmerzen,

Bewegungseinschränkungen und eine verfrühte Arthrose für den Patienten bedeuten

könnte. Ebenfalls vermieden werden sollte die Rekonstruktion nur eines Bündels an der

Patella, da so eine verstärkte Verkippung und eine erhöhte Rotation der Kniescheibe

auftreten könnten (Desio SM, 1998; Elias JJ, 2006; Steensen RN, 2003). Dies würde

beispielweise geschehen, wenn eine Sehne gestielt versetzt oder verlagert würde, sodass ein

Ursprung nicht anatomisch am Femur oder an der Patella ansäße (Amis AA, 2003; Kang HJ,

2010). Die hier verwendete Doppelbündeltechnik, welche zwei Fixierungen in den

proximalen zwei Dritteln des medialen Patellarandes und eine Fixierung am anatomischen

femoralen Ansatzpunkt des MPFL enthielt, vermied die Entstehung eines punktuell fixierten

einzelnen Bündels und der oben beschriebenen Komplikationen (Drez D, 2001; Ellera Gomes

JL, 2004; Schöttle PB, 2010).

Neben dem für das klinische Outcome essentiellen Punkt der anatomischen Fixierung der

Transplantate finden sich in der Literatur weitere wichtige Faktoren, welche die

Kniekinematik beeinflussen, wie z.B. die Auswahl und somit biomechanischen Eigenschaften

der Transplantate.

Ein Vorteil der Fascia lata, wie sie auch kürzlich von Zaffagnini et al. als autologes

Transplantat verwendet wurde, gegenüber eher tubulären Transplantaten, wie z.b. der

Gracilis-Sehne, liegt in der nahezu bandhaften Struktur der Faszie, welche biomechanische

Gemeinsamkeiten mit dem nativen MPFL vorweist (Zaffagnini S, 2014). In einer Studie von

Ntagiopoulus et al. konnte gezeigt werden, dass aufgrund der tubulären Beschaffenheit der

Gracilis-Sehne das native funktionelle Verhalten des MPFL nicht exakt wiederhergestellt

werden konnte (Ntagiopoulos PG, 2013). Dies könnte aufgrund der im Vergleich zur Fascia

lata vermehrten Steifigkeit zu unerwünscht erhöhten retropatellaren Anpressdrücken und

der damit verbundenen cartilaginären Schäden führen, wohingegen die Fascia lata eine

geringere strukturelle Stärke aufweist (Elias JJ, 2006; Belvedere C, 2007; Philippot R, 2009).

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Die in der Literatur angegebene UFL von 208 N (Amis AA, 2003) beschrieb die

Stabilität/Reißfestigkeit des nativen MPFL. In der vorliegenden Arbeit wurde jedoch die

maximale Versagenslast der gesamten MPFL-Rekonstruktion betrachtet. Somit waren die

Literaturangaben zur UFL des nativen MPFL nur bedingt mit den hier durchgeführten

Versuchen vergleichbar. Annäherungsweise und gemäß einer Studie von Lenschow et al.

wurden die Stufen der zyklischen Belastung in dieser Dissertation dennoch so gewählt, dass

eine möglichst physiologische Beanspruchung der implantierten Grafts erfolgen konnte

(Lenschow S, 2013). Lenschow et al. testeten fünf verschiedene Fixationstechniken der

freien Transplantate unter zyklischer Belastung, wobei ebenfalls eine Präkonditionierung

erfolgte. Ebenso wurden 100 N Zugkraft als sinnvoll angesehen, um die Stabilität der

Konstruktion evaluieren zu können bevor die maximale Versagenslast bestimmt wurde. In

ihrer Studie zeigten sich keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Fixierung des

Transplantates, mit Ausnahme der Bone-Bridge-Technik, welche eine deutlich geringere

Steifigkeit im Vergleich zu den anderen Fixierungen zeigte (p < 0,05). Die

Transplantatbefestigung mittels Ankern, Interferenzschrauben oder einer getunnelten

Fixierung zeigten die größte Steifigkeit. Mithilfe der zyklischen Beastungstests konnten in

dieser Arbeit analog zu Lenschow et al. keine signifikanten Unterschiede sowie eine

vergleichbare Stabilität bzw. Reißfestigkeit beider Transplantate in den durchgeführten

zyklischen Belastungsversuchen, sowohl die Elongation als auch die UFL betreffend gezeigt

werden.

Im Versuch, die Anatomie des nativen MPFL zu imitieren, verwendeten Cossey und Paterson

in ihrer Arbeit einen autologen Streifen des medialen Retinakulums und Goyal einen

oberflächlichen Teil der Quadriceps-Sehne (Cossey AJ, 2005; Goyal, 2013). Der Vorteil dieser

Techniken liegt in der fächerförmigen und dünnen Beschaffenheit der Transplantate, jedoch

werden hierdurch wichtige Strukturen zur Stabilisierung der Patella geschwächt. Die Fascia

lata hingegen kann ohne Affektion wichtiger Strukturen minimalinvasiv für die patellare

Stabilität entnommen werden und zeigt ebenfalls die anatomisch gewünschte

Beschaffenheit des nativen MPFL. Weiterhin kann die Länge und Breite der Fascia lata

Streifen den anatomischen Gegebenheiten des Patienten individuell angepasst werden. Bei

Verwendung der Fascia lata werden auch die Hamstrings nicht in ihrer Funktion als

sekundärer Widerstand gegen eine mediale patellare Instabilität beeinflusst und können

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beispielsweise zur Rekonstruktion des vorderen Kreuzbandes konserviert werden. Die Fascia

lata kann im Gegenzug bei Patienten angewendet werden, bei denen durch vorangegangene

Revisionen/Operationen bereits die Gracilis-Sehnen entnommen wurden.

Zusammenfassend haben systematische Reviews gezeigt, dass viele

Rekonstruktionstechniken zu ähnlich guten Ergebnissen führen und keine Variante einer

anderen evident überlegen zu sein scheint (Kang H, 2016; Smith TO, 2007; Fisher B, 2010;

Longo UG, 2016)).

Die Resultate der mittels der Druckmessfolie aufgezeichneten Daten der vorliegenden Arbeit

zeigten retropatellar medialseitig keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der

dynamischen patellofemoralen Druckmessungen nach MPFL Rekonstruktion im Vergleich

zum nativen Zustand des Kniegelenkes, sowohl bei Verwendung der Gracilis-Sehne als auch

der Fascia lata. Dies unterstützt die These, dass die Fascia lata eine Alternative zur Gracilis-

Sehne als autologes Transplantat zur MPFL-Rekonstruktion darstellt. Interessanterweise

unterschieden sich die Grafiken der Druckmessungen trotz vergleichbarer

Rekonstruktionstechnik leicht voneinander. Dies könnte an den bereits beschriebenen

unterschiedlichen biomechanischen Eigenschaften der Transplantate und ihrem Einfluss auf

die patellofemorale Kinematik liegen.

Nach Resektion des MPFL beschrieben unter anderem Stephen et al. eine reduzierte

retropatellare Anpresskraft an der medialen Patellafacette, wohingegen die Kraft auf

lateraler Seite zunahm (Stephen JM, 2013). Die Resektion des MPFL hatte somit eine

wichtige Auswirkung auf die patellofemorale Kinematik und den patellaren Anpressdruck in

die Trochlea femoris. Weiterhin erhöhte sich die Lateralisation der Patella in

extensionsnaher Stellung des Kniegelenkes. Dies entspricht weitestgehend den Resultaten

dieser Dissertation, bei denen eine Resektion des MPFL zu einem signifikant reduzierten

patellofemoralen Anpressdruck bei 15°, 30° und 45° Kniebeugung an der medialen Facette

führte.

Ebenso bei der Betrachtung der Lateralisationsstrecke nach Hepp zeigte sich, dass eine

Resektion des medialen Retinakulums eine statistisch signifikante Lateralisation der Patella

zur Folge hatte, während eine Rekonstruktion sowohl mittels der Gracilis-Sehne als auch der

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Fascia lata wiederum zu einer statistisch nicht signifikanten Medialisierung führte. Folglich

konnte diese Lateralisation nach Rekonstruktion des MPFL aufgehoben und ein annähernd

nativer Zustand herbeigeführt werden. Die vorliegenden Resultate sowie diverse Studien, in

denen die anatomisch beschriebenen Schichten des MPFL einzeln durchtrennt wurden,

unterstreichen die Wichtigkeit des MPFL als primären Stabilisator gegen laterale

Translationskräfte in extensionsnaher Stellung (Burks RT, 1998; Desio SM, 1998; Conlan T,

1993; Sandmeier RH, 2000). Dabei wurden lateralisierende Kräfte gegen die Patella ausgeübt

und die laterale Translation quantifiziert. Ähnliche Ergebnisse zeigten sich in einer Studie

von Nomura. Hierbei betrug die lateralisierende Kraft 10 N und es wurde festgestellt, dass

bei isolierter Resektion des MPFL die Patella während einer Flexionsbewegung 20° bis 120°

stark lateralisierte (intakt: 6 mm, reseziert: 13 mm) (Nomura E, 2000). In einer weiteren

Studie von Hautamaa et al. betrug die lateralisierende Kraft 22 N und es wurde nach

Resektion des MPFL eine laterale Translation von 9 auf 14 mm gemessen (Hautamaa PV,

1998). Dieser pathologische Zustand konnte in beiden Studien nach Rekonstruktion des

MPFL wieder aufgehoben werden.

Eine MPFL-Rekonstruktion sowohl mittels der Gracilis-Sehne als auch der Fascia lata führte

in der vorliegenden Arbeit dazu, dass die medialseitig retropatellar detektierten Kräfte nach

Rekonstruktion über alle Flexionsgrade hinweg annähernd denen des nativen MPFL

entsprachen. Ähnliche Ergebnisse zeigten sich auch in der Studie von Stephen et al. (Stephen

HM, 2016). Jedoch konnte eine teils signifikante, reduzierte dynamische retropatellare

Anpresskraft, bei Betrachtung der gesamten Knorpelfläche, bei beiden Gruppen beobachtet

werden. Daher bestand die Möglichkeit, dass eine so genannte anatomische Rekonstruktion

des MPFL nicht zwangsläufig den Ursprungszustand des MPFL wiederherstellen würde.

In einer Studie von Yildiz et al. wurden die direkt unterhalb des MPFL vorliegenden Kräfte im

nativen Zustand an Kadaverpräparaten und nach MPFL-Rekonstruktion in Vivo mittels

Sensorfolien untersucht (Yildiz KI, 2013). Als Resultat zeigte sich eine signifikante

Reduzierung der Kräfte unterhalb des MPFL bei höheren Flexionsgraden sowohl bei den

nativen Präparaten als auch in Vivo nach MPFL-Rekonstruktion. Diese Kraftminderung zeigte

sich am stärksten bei 45° Flexion. Jedoch zeigten sich bei 30° Flexion im Vergleich beider

Gruppen signifikant höhere durchschnittliche Drücke nach der MPFL-Rekonstruktion als im

nativen Zustand.

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Ebenso in dieser Dissertation zeigte sich in beiden Gruppen bei 45° eine signifikante

Reduktion der Gesamtkraft nach Rekonstruktion des MPFL. Auch wenn die Kräfte in der

Studie von Yildiz et al. direkt unterhalb des Transplantates und nicht retropatellar gemessen

wurden, so steht ein Teil der Ergebnisse dennoch gegensätzlich zu denen der vorliegenden

Arbeit. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass bei Betrachtung der Gesamtkraft retropatellar

signifikant geringere Drücke nach Rekonstruktion vorliegen als im nativen Kniegelenk,

unabhängig von der Wahl des Transplantates. Als mögliche Erklärung für die medialseitig

detektierten erhöhten Drücke würde gemäß Yildiz et al. eine zu hohe Spannung der

Transplantate während der Rekonstruktion dienen.

Stephen et al. untersuchten den Einfluss der Transplantatspannung sowie die femorale

Position der Fixierung der Grafts auf die patellofemorale Kinematik nach MPFL-

Rekonstruktion (Stephen JM, 2012). Eine gesteigerte Transplantatspannung führte laut

deren Ergebnis zu einem erhöhten patellofemoralen Anpressdruck auf medialer

Facettenseite bei 0°, 30° und 60° Flexion verglichen mit dem nativen Kniegelenk. Gleichzeitig

wurden die Drücke lateralseitig reduziert. Studien von Elias und Cosgarea unterstützen diese

Resultate, wo ebenfalls gezeigt werden konnte, dass eine deutliche Kraftzunahme

medialseitig nach einer zu starken Anspannung des Transplantates resultierte (Elias JJ, 2006).

In dieser Arbeit wurden ebenfalls lateralseitig verminderte Anpressdrücke nach MPFL-

Rekonstruktion aufgezeichnet, welche sich bei 90° als statistisch signifikant zeigten, jedoch

kann hier aus den genannten Gründen keine zu starke Anspannung der Transplantate

medialseitig erfolgt sein, da in dieser Arbeit die nativen Drücke auf medialer Patellaseite

durch die MPFL-Rekonstruktion nahezu wiederhergestellt wurden. Daher scheint die

verbliebene retropatellare Kraftreduktion auf lateraler Seite am ehesten durch eine geringe,

nichtanatomische Medialisierung der Patella nach MPFL-Rekonstruktion verursacht.

Veränderungen des patellaren Tilts wären ebenfalls nicht auszuschließen, was stärkere

Kräfte auf die medialseitige Fläche der Patella wirken ließe, während konsequenterweise auf

lateraler Seite eine Abnahme der Kraft festzustellen wäre. Die sogenannte anatomische

MPFL-Rekonstruktion könnte folglich dazu führen, dass die native Kniegelenkskinematik

nicht vollständig wiederhergestellt würde.

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Zusammenfassend zeigte die Fascia lata vergleichbare biomechanische Eigenschaften mit

den Gracilis-Sehnen in der Verwendung als MPFL-Ersatz sowohl die Elongation als auch die

Reißfestigkeit betreffend. Ebenso die anhand der Druckmessungen evaluierte Kinematik

differierte lediglich geringfügig zwischen beiden Varianten. Schlussfolgernd scheint die

Fascia lata in ausgewählten Fällen eine vielversprechende Alternative zu den

standardisierten Transplantaten zu sein.

Die radiologische Evaluation mittels axialer Aufnahmen zeigte eine signifikante Lateralisation

nach MPFL-Resektion und erneute Medialisierung der Patella nach MPFL-Rekonstruktion

und kann folglich als intraoperative Kontrolle neben der manuellen klinischen Evaluation zur

gewünschten Spannung des Transplantates dienen.

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5.1. Ausblick

Die patellofemorale Instabilität ist ein Krankheitsbild, das vor allem jüngere Menschen,

besonders Sportler, betrifft. Die Inzidenz für polyligamentäre Verletzungen und operative

Revisionen ist in dieser Patientengruppe insofern erhöht, dass die Suche nach

Ersatzmöglichkeiten der verletzten Bandstrukturen essenziell wird. Ein Fascia lata

Transplantat könnte demnach zumindest anstelle eines Sehnentransplantates zur

Rekonstruktion des MPFL verwendet werden. Im Umkehrschluss könnte bei primärer

Patellaluxation ohne weiterer oder vorangegangener ligamentärer Verletzungen und

folgender MPFL-Rekonstruktion ein Teil der Fascia lata zur Wiederherstellung des medialen

Retinakulums verwendet werden, um wertvolle Sehnen für eventuell zukünftige

Verletzungen einzusparen. Ferner wird hierdurch die native Funktion der Hamstrings nicht

geschwächt, da sie bei Sportlern, beispielweise bei Tänzern, von essentieller Bedeutung für

einen koordinierten Bewegungsablauf sind.

Abhängig von der Transplantatspannung konnte durch die biomechanische Evaluation im

patellofemoralen Gelenkspalt diverse Unterschiede hinsichtlich der Druckdistribution

aufgezeigt werden. Weitere biomechanische Untersuchungen könnten zeigen, dass der

intraoperativen Fixation des Transplantates bei einem bestimmten Flexionsgrad des Knies

und der daraus resultierenden Transplantatspannung eine außerordentliche Bedeutung

zukommt, um etwaiige Schäden oder konsekutive Schmerzsyndrome durch eine

Überspannung zu vermeiden. Die Entwicklung einer weiteren standardisierten Technik

könnte diesbzgl. erfolgen.

Bei den durchgeführten radiologischen Untersuchungen zeigten sich zudem signifikante

Unterschiede hinsichtlich der Translation der Patella nach Resektion des MPFL im Vergleich

zum rekonstruierten bzw. nativen MPFL. Schlussfolgernd könnte eine intraoperative

Evaluation der Patella mittels einer axialen Röntgenaufnahme und der vorliegenden

Translation sowie Medialisierung der Patella nach Rekonstruktion ebenfalls dazu dienen,

eine Überkorrektur durch eine zu hohe Transplantatspannung zu vermeiden. Diese

Untersuchungen könnten zusätzlich als prä- und postoperative Verlaufskontrolle in Betracht

gezogen werden.

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6. LITERATURVERZEICHNIS

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7. PUBLIKATIONEN, AUSZEICHNUNGEN, DANKSAGUNG

1)

AGA-Research Day: Best Paper Award 2014, zweiter Platz

Lorbach O; Haupert A; Kohn D; Anagnostakos K

Biomechanical evaluation of MPFL Reconstructions: Differences in dynamic contact pressure

between gracilis and fascia lata graft.

2)

Paper 2015

Haupert A; Lorbach O [Arthroscopy Techniques. 2015; 4:57-63]

Anatomic Reconstruction of the Medial Patellofemoral Ligament Using the Fascia Lata as an

Autograft.

3)

Paper 2016

Lorbach O; Haupert A; Efe T et al. [Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2016;

doi:10.1007/s00167-016-4005-5]

Biomechanical evaluation of MPFL reconstructions: differences in dynamic contact pressure

between gracilis and fascia lata graft.

4)

ESSKA 2016 e-Poster, P18-2665

Haupert A; Zumbansen N; Kohn D; Lorbach O

Biomechanical properties as well as radiological changes in patellar position using the fascia

lata in comparison to the gracilis tendon as an autograft for reconstruction of the MPFL.

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5)

DKOU 2016 Meeting Abstract (WI34-1413)

Haupert A; Zumbansen N; Kohn D; Lorbach O

Biomechanischer Vergleich und radiologische Veränderungen der Patellaposition zweier

Transplantate zur Rekonstruktion des medialen patellofemoralen Bandes

6)

DKOU 2016 Meeting Abstract (WI34-716)

Lorbach O; Haupert A; Kohn D; Zumbansen N

Selektive Anspannung der Bündel in der Doppelbündelrekonstruktion des medialen

patellofemoralen Bandes – Einfluss der Kniebeugewinkels auf den dynamischen

patellofemoralen Druck

7)

AGA-Kongress Basel 2016, Research Award, zweiter Platz

Lorbach O; Haupert A; Kohn D; Zumbansen N

Selective bundle tensioning in double bundle MPFL reconstruction – Impact of knee flexion

angle on dynamic patellofemoral contact pressure

http://www.egms.de/static/en/meetings/dkou2016/16dkou215.shtml



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Danksagung Zunächst möchte ich Herrn PD Dr. med. Olaf Lorbach für sein außerordentliches Engagement

diese Arbeit betreffend und seine Unterstützung hierbei herzlichst danken.

Ebenfalls gilt mein Dank Herrn Prof. Dr. med. D. Kohn, welcher die Durchführung dieser

Dissertation im Bereich der Biomechanik ermöglichte und für die Unterstützung im Rahmen

meiner Weiterbildung an der hiesigen Klinik für Orthopädie in Homburg.

Weiterhin danke ich meiner Familie, welche mir mein Studium und diese Arbeit ermöglicht

hat und mir jederzeit den Rücken freihält und stärkt.

Nicht zu vergessen sind meine Freunde und am bedeutsamsten meine Ehefrau Jennifer,

welche mir mit Rat und Tat allzeit zur Seite standen und mich ebenso bei meiner Arbeit und

meinem Studium unterstützten.

Biomechanische Evaluation von MPFL …...signifikant reduzierten patellofemoralen Anpressdruck...

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